Medelfri väg

Röntgenredigera

i gammastrålningsradiografi är den genomsnittliga fria vägen för en pennastråle av mono-energiska fotoner det genomsnittliga avståndet En foton färdas mellan kollisioner med atomer av målmaterialet. Det beror på fotonernas material och energi:

https: / /xnumx = xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx )^{-1},}

där den linjära dämpningskoefficienten är den linjära dämpningskoefficienten, är den massdämpningskoefficienten och den massiva dämpningskoefficienten är densiteten hos materialet. Massdämpningskoefficienten kan slås upp eller beräknas för alla material-och energikombinationer med hjälp av National Institute of Standards and Technology (NIST) databaser.

i Röntgenradiografi är beräkningen av den genomsnittliga fria vägen mer komplicerad, eftersom fotoner inte är mono-energiska, men har viss fördelning av energier som kallas ett spektrum. När fotoner rör sig genom målmaterialet dämpas de med sannolikheter beroende på deras energi, vilket resulterar i att deras distribution förändras i process som kallas spektrumhärdning. På grund av spektrumhärdning förändras den genomsnittliga fria vägen för Röntgenspektrumet med avstånd.

ibland mäter man tjockleken på ett material i antalet medelfria vägar. Material med tjockleken på en genomsnittlig fri väg dämpar till 37% (1 / e) fotoner. Detta koncept är nära besläktat med halvvärdesskikt( HVL): ett material med en tjocklek av en HVL dämpar 50% av fotonerna. En vanlig röntgenbild är en överföringsbild, en bild med negativ logaritm av dess intensiteter kallas ibland ett antal medelfria vägar bild.

Elektroniskredigera

I makroskopiska avgift transporter, menar fri väg för en laddningsbärarna i en metall ă {\displaystyle \ell } är proportionell mot det elektriska rörlighet m {\displaystyle \mu } , ett värde som är direkt relaterade till elektriska ledningsförmåga, som är:

μ = q τ m = q ă m ∗ v F , {\displaystyle \mu ={\frac {q\tau }{m}}={\frac {q\ell }{m^{*}v_{\rm {F}}}},}

där q är laddningen, τ {\displaystyle \tau }, och det betyder fritid, m* är den effektiva massan, och vF är Fermi-hastighet av laddningsbärare. Fermi-hastigheten kan lätt härledas från Fermi-energin via den icke-relativistiska kinetiska energiekvationen. I tunna filmer kan emellertid filmtjockleken vara mindre än den förutsagda medelfria vägen, vilket gör ytspridning mycket mer märkbar, vilket effektivt ökar resistiviteten.

elektronmobilitet genom ett medium med dimensioner som är mindre än den genomsnittliga fria vägen för elektroner sker genom ballistisk ledning eller ballistisk transport. I sådana scenarier ändrar elektroner sin rörelse endast i kollisioner med ledarväggar.

OpticsEdit

om man tar en suspension av icke-ljusabsorberande partiklar med diameter d med en volymfraktion, är den genomsnittliga fria vägen för fotonerna:

XHamster = 2 d 3 m q s , {\displaystyle \ell ={\frac {2D}{3\Phi Q_{\text{s}}}},}

där Qs är spridningseffektivitetsfaktorn. Qs kan utvärderas numeriskt för sfäriska partiklar med Mie-teori.

AcousticsEdit

i ett annars tomt hålrum är den genomsnittliga fria vägen för en enda partikel som studsar mot väggarna:

0 = F V S, {\displaystyle \ ell ={\frac {FV}{s}},}

där V är volymen av kaviteten, S är den totala inre ytan av kaviteten, och F är en konstant relaterad till formen av kaviteten. För de flesta enkla kavitetsformer är F ungefär 4.

denna relation används i härledningen av Sabine-ekvationen i akustik, med hjälp av en geometrisk approximation av ljudutbredning.

kärn-och partikelfysikredigera

i partikelfysik används begreppet medelfri väg inte vanligtvis, ersätts av liknande begrepp dämpningslängd. I synnerhet för högenergifotoner, som mestadels interagerar med elektron–positronparproduktion, används strålningslängden ungefär som den genomsnittliga fria vägen i radiografi.

oberoende partikelmodeller i kärnfysik kräver ostörd bana av nukleoner i kärnan innan de interagerar med andra nukleoner.

den effektiva medelfria vägen för en nukleon i kärnämne måste vara något större än kärndimensionerna för att tillåta användning av den oberoende partikelmodellen. Detta krav verkar strida mot de antaganden som gjorts i teorin … Vi står här inför ett av de grundläggande problemen med kärnstrukturfysik som ännu inte har lösts.