Strålningstransfer

Strålningstransfer är studiet av hur elektromagnetisk strålning färdas genom och interagerar med materia. Det beskriver hur intensiteten och spektrinnehållet hos strålningen förändras när den rör sig genom gaser, damm eller andra medier under påverkan av absorption, emission och spridning. Viktiga tillämpningar finns inom astrofysik, klimatvetenskap, fjärranalys och medicinska ändamål.

En central mängd är den specifika intensiteten Iν längs en viss riktning och frekvens ν. När strålningen färdas genom ett medium förändras Iν enligt kvantitativa mått som absorption (κν), emission (jν) och spridning (σν). Ett vanligt sätt att uttrycka detta i ett förenklat fall längs en linje är radiativ transfer-ekvationen dIν/ds = -κν Iν + jν + spridningskomponenten. Genom att införa optisk djupτν = ∫ κν ds får man alternativt dIν/dτν = Iν - Sν, där Sν är källfunktionen som sammanfattar emission och spridning: Sν = (jν + spridning) / (κν + spridning).

Planckfunktionen Bν(T) beskriver termisk strålning i termodynamisk jämvikt vid temperatur T. I lokalt termodynamiskt jämvikt (LTE) gäller Kirchhoffs lag: jν = κν Bν(T). I mer allmänna fall måste spridning och frekvenskoppling beaktas noggrant.

Metoder för att lösa strålningstransporten inkluderar tvåströms- och diffusionstekniker för tätt optiska medier samt Monte Carlo-simuleringar för komplexa geometrier. Utmaningar inkluderar anisotrop spridning, frekvensberoende och linjeövergångar i spektrumet.