Radyatif transfer

Radyatif transfer elektromanyetik radyasyon formunda fiziksel bir enerji transferi olayıdır. Radyasyon bir ortam boyunca yayılırken absorbsiyon, emisyon ve saçılma işlemlerinden etkilenir. Işınım Taşınım Denklemi bu etkileşimleri matematiksel olarak tanımlar. Radyatif Transfer Denklemi optik, astrofizik, atmosfer bilimi ve uzaktan algılama gibi çok çeşitli konularda uygulanmaktadır. Radyatif Transfer Denkleminin (RTD) analitik çözümleri basit durumlar için mevcuttur, ancak daha gerçekçi ortamlar için karmaşık çoklu saçılma parametreleri ile sayısal yöntemler gereklidir. Bu makale büyük ölçüde radyasyon dengesinin durumuna odaklanmıştır.^[1][2]

Tanımlar

Bir radyasyon alanını tanımlayan temel miktara radyometrik terimlerle spektral radyasyon denir. (diğer alanlarda buna genellikle spesifik şiddet denir). Birim zamandan, birim frekans aralığında, ${\displaystyle da\,}$ gibi bir yüzeyden yayınlanıp, ${\textstyle d\Omega }$ katı açısı içerisinde ilerleyerek ${\displaystyle da'\,}$gibi bir yüzeye giren enerji niceliğine spesifik şiddet denir.

Radyometrik terimlerle, geçit, her bir uzamsal yönde, her bir uzamsal doğrultuda iki duyunun her birine yayılan enerji miktarı ile, birim zaman başına, kaynak geçişi yüzeyinin birim alanı başına, bir mesafedeki birim katı açısına göre, birim dalga boyu aralığı dikkate alınır. (o an için polarizasyon dikkate alınmaz.)

Spesifik şiddeti ${\displaystyle I_{\nu }}$,katı açı ${\displaystyle d\Omega }$ yayınlandığı yüzey ${\displaystyle da\,}$, radyasyonun yayınlandığı nokta ${\displaystyle \mathbf {r} }$, radyasyonun katı açı içindeki yayınlanma doğrultusu ${\displaystyle {\hat {\mathbf {n} }}}$, zamandaki değişim ${\displaystyle dt\,}$, frekans aralığında ${\displaystyle \nu \,}$ için ${\displaystyle \nu +d\nu \,}$ yazılır.

${\displaystyle dE_{\nu }=I_{\nu }(\mathbf {r} ,{\hat {\mathbf {n} }},t)\cos \theta \ d\nu \,da\,d\Omega \,dt}$

${\displaystyle \theta }$ (teta açısı) birim yönü vektörünün açısıdır ${\displaystyle {\hat {\mathbf {n} }}}$ alan elemanına normal yapar. cos${\displaystyle \theta }$ ile iz düşümüyle oluşacak açı farkının düzeltmesi yapılmış olur. Spektral ışıma birimlerinin enerji / zaman / alan / katı açı / frekans olduğu görülür. MKS birimlerinde bu W · m ⁻² · sr ⁻¹ · Hz ⁻¹ olacaktır.

Radyatif Transfer Denklemi

Radyatif transfer denklemi basitçe bir radyasyon demeti bir katı açı içerisinde ilerledikçe absorbsiyon enerjisini kaybettiğini, emisyon işlemi ile enerji kazandığını ve saçılma yoluyla enerjiyi yeniden dağıttığını söylüyor. Termodinamik, soğurulan absorbsiyon enerjisi kadar emisyonun olması gerektiğini söyler. Radyatif Transfer Denkleminin diferansiyel şekli:

${\displaystyle {\frac {1}{c}}{\frac {\partial }{\partial t}}I_{\nu }+{\hat {\Omega }}\cdot \nabla I_{\nu }+(k_{\nu ,s}+k_{\nu ,a})I_{\nu }=j_{\nu }+{\frac {1}{4\pi }}k_{\nu ,s}\int _{\Omega }I_{\nu }d\Omega }$

${\displaystyle c}$ ışığın hızı, ${\displaystyle j_{\nu }}$ emisyon katsayısı, ${\displaystyle k_{\nu ,s}}$ saçılma opasitesi, ${\displaystyle k_{\nu ,a}}$ absorbsiyon opasitesi ve ${\displaystyle {\frac {1}{4\pi }}k_{\nu ,s}\int _{\Omega }I_{\nu }d\Omega }$ terimi, genel bir ifadeyle diğer yönlerden bir yüzeye saçılan radyasyonu temsil eder.

• Emilim/Soğurma/Absorbsiyon (elektromanyetik radyasyon)
• Atomik çizgi spektrumları
• Beer-Lambert yasası
• Emisyon/Yayılım
• Atmosferik radyasyon transfer kodlarının listesi
• Saçılma
• Biyolojik dokuda foton taşınımı için ışıma aktarım denklemi ve difüzyon teorisi
• Spektral Radyans
• Spesifik Şiddet
• Vektör ışınımı transferi

Kaynakça

Daha Fazlası

• Theory of Stellar Atmospheres, An Introduction to Astrophysical Non-equilibrium Quantitative Spectroscopic Analysis. Princeton University Press. 2015. s. 944. ISBN 9780691163291. 
• Radiative Transfer. Dover Publications Inc. 1960. s. 393. ISBN 978-0-486-60590-6. 
• Radiative Transfer in Scattering and Absorbing Atmospheres: Standard Computational Procedures. A. Deepak Publishing. 1985. s. 583. ISBN 978-0-12-451451-5. 
• A First Course in Atmospheric Radiation (2nd Ed.). Sundog Publishing (Madison, Wisconsin). 2006. ISBN 978-0-9729033-1-8.  |başlık= dış bağlantı (yardım)
• Foundations of Radiation Hydrodynamics. Dover Publications, Inc. 1984. ISBN 978-0-486-40925-2. 
• Radiative Processes in Astrophysics. Wiley-Interscience. 1985. ISBN 978-0-471-82759-7. 
• Radiative Transfer in the Atmosphere and Ocean. Cambridge University Press. 1999. ISBN 978-0-521-40124-1. 
• Fundamentals of Atmospheric Radiation: an Introduction with 400 Problems. John Wiley & Sons. 2006. ISBN 978-3-527-40503-9. 
• Principles of Planetary Climate. Cambridge University Press. 2010. ISBN 9780521865562.