
【医】 multiple scatter; plural scattering
多次散射(Multiple Scattering)是物理学和光学领域的核心概念,指波或粒子在传播过程中与多个介质发生连续相互作用,导致传播方向、能量或相位发生多次改变的现象。该现象在电磁波传输、大气辐射和材料科学等领域具有重要应用。
从汉英词典角度解析,该术语对应的英文为“multiple scattering”。其核心特征包含两点:(1)散射体数量需满足统计意义上的“多次”条件;(2)各次散射事件之间存在物理关联性。与单次散射不同,多次散射会导致能量衰减呈现非线性特征,且散射角分布趋向各向同性。
典型应用场景包括:
辐射传输方程可定量描述该过程: $$ frac{dL(mathbf{r},hat{mathbf{s}})}{ds} = -beta_e L(mathbf{r},hat{mathbf{s}}) + frac{betas}{4pi}int{4pi} L(mathbf{r},hat{mathbf{s}}')P(hat{mathbf{s}}',hat{mathbf{s}})dOmega' $$ 式中$L$为辐射亮度,$beta_e$为消光系数,$P$为散射相函数。该微分-积分方程需通过蒙特卡洛方法或离散纵坐标法求解。
多次散射是指粒子、光子或波在传播过程中与介质中的多个粒子或结构发生多次相互作用,导致其路径和能量分布发生复杂变化的现象。以下是详细解释:
基本概念
当光线、声波或微观粒子(如电子)在非均匀介质中传播时,会因与介质中的原子、分子或微小结构多次碰撞而改变方向,形成散射。若这种散射过程重复发生多次,则称为多次散射。
统计规律性
例如粒子穿过金属箔时,与多个原子碰撞的总散射角服从高斯分布,其平方平均值与原子数目相关。数学表达式为:
$$
langle theta rangle propto N
$$
其中(N)为粒子穿过的原子数。
遥感测量偏差
在卫星高程测量(如ICESat-2)中,光子可能在森林或高反射地表发生多次散射,导致地表以下光子密度更高,造成高程低估。
光学定律的偏离
多次散射会使光线传播路径复杂化,导致朗伯-比尔定律在非均匀介质(如浑浊液体)中失效。
自然现象
大气层对阳光的多次散射形成天空颜色变化(如蓝天与晚霞)。
目前对多次散射的定量分析仍存在难点,尤其在遥感领域尚未建立有效校正算法。理论模型(如高斯分布)虽能描述部分规律,但实际应用中需结合具体介质特性修正。
如需进一步了解某领域的具体案例或公式推导,可参考上述来源中的原始研究。
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