A transzportelmélet kifejezés eredetileg részecskék folytonos közegben történő transzport-jának leírására használták. A transzportelmélet kezdete az asztrofizikához kapcsolódott, a csillagokban lezajló folyamatokra a kibocsátott sugárzás tulajdonságaiból lehet következ-tetni. Ehhez a forrás helye (a csillag) és az észlelés helye (a csillagász távcsöve) között lezajló folyamatokat kellett vizsgálni. Az utóbbi időben a transzportelmélet alatt elsősor-ban a gamma- és neutrontranszport folyamatok vizsgálatát értik, főként a maghasadás és a plazmajelenségekkel kapcsolatban.
A jelen munkában tárgyalt transzportfolyamatokban számos részecske transzportjáról szó esik: töltött részecskék, neutronok és gammafotonok, atomok, molekulák, hullámok (feltéve, hogy a hullámhossz kisebb a terjedő perturbáció vagy részecske szabad úthossznál), a közeg pedig, amiben a részecsketranszportot vizsgáljuk lehet egy fúziós- vagy atomreaktor, egy csillag vagy egy bolygó atmoszférája, egy kisülési cső. A részecske mozgása is a teljesen szabad (pl. egy bolyongási feladatban), vagy a teljesen kötött (pl. egy szilárd test kollektív rezgései) szélsőségek között szinte bármi lehet.
A tárgyalt jelenségek köre a statisztikus jelenségektől a kontinuum leírásig változik, be-leértve a két leírás kapcsolatát is. A kontinuum leírás a közeget folytonos függvényekkel jellemzi (pl. a hidrodinamikában a ρ(r, t) sűrűség és a j(r, t) áramsűrűség, az elektromág-neses ér leírásában az E(r, t)elektromos és B(r, t) mágneses térerő folytonos függvények).
A részecsketranszport viszont egy részecske és a közeg kölcsönhatásának leírásán alapszik.
Gyakran a leírás valószínűségszámítási eszközökkel, valószínűségekkel vagy sűrűségfüggvé-nyekkel dolgozik.
A feladatok két osztályra oszthatóak. A direkt vagy közvetlen feladat a közeg ismert leírása alapján meghatározza a részecskék eloszlását. Az inverz feladat pedig a részecskék ismert eloszlásából határozza meg a közeg jellemzőit. Az utóbbi típusba tartozik pl. a röntgendiagnosztika és az ipari tomográfia.
A transzportelmélet alkalmazásai sokrétűek. A meteorológia alapkérdése a légkör leírása, de ennek leírásához szükség van a napfény és az óceán felszíne közti kölcsönhatás helyes leírására, ez utóbbi egy nehéz transzportelméleti feladat. Az alábbiakban a teljesség igénye nélkül számba vesszük a transzportelméleti eszközök alkalmazási területeit.
• Atomreaktorok
1 Neutroneloszlás meghatározása a reaktorzónában. A reaktor zónájában az atomma-gok közötti teret egy híg neutrongáz tölti ki. A neutrongáz annyira híg, hogy a neutron-neutron ütközéseket elhagyhatjuk, a neutrongáz állapotát a neutron-mag ütközések határozzák meg. A neutron-mag ütközések során magreakciók (szó-rás, abszorpció, hasadás) jönnek létre. A magreakció hatáskeresztmetszete függ a neutron energiájától. A jelenség részleteivel a reaktorfizika foglalkozik.
2 Neutron- és gammasugárzás elleni védelem. A neutron és a gammafotonok az anyag atommagjaival megreakciókba léphetnek, a reakciókat hatáskeresztmetszetekkel írjuk le.
3 Anyagi jellemzők változása sugárzási térben. Erős ionizáló sugárzásban a magát-alakulások miatt az anyag fizikai jellemzői (sűrűség, hővezetőképesség, fajhő stb.) megváltozik, de megváltozik az anyag szerkezete is (pl. rácshibák jönnek létre).
4 Hatáskeresztmetszetek mérése, szerkezetvizsgálat. Mindkettő tipikus inverz feladat.
5 Neutronspektroszkópia: a szórt neutronok tulajdonságaiból következtetni lehet az anyag atomi szintű szerkezetére (pl. ma ki lehet mutatni egy kristályrács rugalmas deformációját kis erők hatására).
• Asztrofizika
1 Fény diffúziója a csillagközi térben. Az Univerzum szerkezetére vonatkozó megfigye-lések nagyrésze valamilyen energiájú fotonok detektálására épül. Csak egy megfelelő modell birtokában dönthető el, mi származik a megfigyelt objektumból, és mi a csil-lagközi tér anyagának hatása.
2 Fény áthaladása bolygók atmoszféráján. A felszíni teleszkópok megfigyeléseinek értel-mezése megköveteli a bolygó atmoszférája miatt bekövetkező torzulások korrekcióját.
• Kisnyomású gázok fizikája. A kisülési csövek, oszcilloszkópok, katódsugárcsövek, fény-források tervezése nem lehetséges ilyen ismeretek nélkül.
1 A légkör felső rétegeinek fizikája. A rádiózás, a telekommunikáció számára fontos ismeretekről van szó.
2 Hangterjedés. A tengeralattjárók detektálásának igénye jelentős lökést adott ennek a kutatásnak.
3 Molekula diffúziója gázokban.
• Töltött részecskék transzportja. A fiziológia egyik alapkérdéséről van szó, mivel a sejtek működésének fontos eleme a kálium ionok mozgása.
1 Elektronok többszörös szóródása
2 Gázkisülések fizikája, elektronok és lyukak diffúziója félvezetőkben 3 Kozmikus kaszkádok
• Elektromágneses sugárzás transzportja
1 Radarhullámok szóródása az atmoszférában, a légiközlekedés biztonsága szempontjából alapvető kérdés, a meteorológia egyik fontos vizsgálati eszköze a Doppler-radar 2 Röntgensugár áthaladása anyagon. Az egészségügy alapvető diagnosztikai eszköze a
röntgenvizsgálat. A felvételek értékeléséhez nélkülözhetetlen ismeretekről van szó.
3 Ciklotronsugárzás, röntgensugárzás anyagvizsgálatban: a szóráskísérletekben felhasz-nált sugárzás hullámhossza határozza meg a módszer felbontását. A vizsgálatokban a két említett sugárzás hullámhossza fontos szerephez jut.
• Plazmafizika
1 plazmadinamika, instabilitás 2 plazma kinetikus elmélete
• Folyadék- és gázdinamika
1 A kinetikus egyenlet hidrodinamikai határa
2 A hidrodinamikai egyenletek megoldási módszerei (computational fluid dynamics (CFD), a folyadék áramlásának egyik modern eszköze; a rács Boltzmann-módszer egy másik hatékony numerikus módszer)
3 Hasonlósági transzformációk alapján tervezik a hidrodinamikai kísérleteket.
• Egyéb, nem fizikai alkalmazások 1 Anyagtranszport élő sejtekben12
2 Transzport folyamatok mérnöki alkalmazásokban [Szent],[9], [Kar], [Ivá]
3 Közlekedés: meglepő módon az utakon kialakuló közlekedési dugók leírhatók a transz-portelmélet eszközeivel.
4 Makromolekulák vizsgálata: számos biológiailag fontos anyag, mint a DNS, a sejtek határát alkotó lipidek, a bonyolult geometriájú biológiailag aktív anyagok (micellák, policukrok) vizsgálatában a neutron- és röntgenszórás fontos szerepet kap.
5 Bolyongási feladatok: fontos szerepet kaptak pl. a diffúzió megértésében.
6 Biztonsági(safeguard) kérdések. A radioaktív anyagok illegális mozgásának követése fontos globális biztonsági kérdés.
7 Meteorológia: A vízgőz (felhő) és napfény kölcsönhatása alapvető fontosságú a meteo-rológiai modellekben.
8 Diagnosztika: szóráskísérletekkel a biztonság szempontjából fontos turbinalapátok, propellerek anyaghibái korán kimutathatóak.
12Ld. a SOTE, KLTE, ELTE, BME, Sapientia honlapokat.