- Относительно «коэффициента затухания» применительно к теории электромагнитного поля и телекоммуникациям см. « Константа затухания» . Для «массового коэффициента затухания» см. Массовый коэффициент затухания .
Линейный коэффициент ослабления , коэффициент затухания , или коэффициент ослабления с узким лучом характеризует как легко объем материала может быть пробит пучком света , звук , частиц или другой энергии или материи . [1] Большой коэффициент затухания означает, что луч быстро «затухает» (ослабляется) при прохождении через среду, а небольшой коэффициент затухания означает, что среда относительно прозрачна для луча. Единица СИ коэффициента затухания является обратным метром (м -1). Коэффициент экстинкции - старый термин для этой величины [1], но до сих пор используется в метеорологии и климатологии . [2] Чаще всего величина измеряет значение расстояния электронного складывания вниз исходной интенсивности, когда энергия интенсивности проходит через единицу (например, один метр) толщины материала, так что коэффициент затухания составляет 1 м -1. означает, что после прохождения 1 метра излучение будет уменьшено в e раз , а для материала с коэффициентом 2 м -1 оно уменьшится вдвое на e или e 2. В других измерениях может использоваться коэффициент, отличный от е , например, приведенный ниже коэффициент затухания в десятичных долях . Коэффициент ослабления широкого луча учитывает излучение, рассеянное вперед, как переданное, а не как ослабленное, и больше подходит для защиты от излучения .
Обзор [ править ]
Коэффициент ослабления описывает степень уменьшения лучистого потока луча при его прохождении через определенный материал. Он используется в контексте:
- Рентгеновские лучи или гамма-лучи , где они обозначены как μ и измеряются в см -1 ;
- нейтроны и ядерные реакторы , где это называется макроскопическим поперечным сечением (хотя на самом деле это не сечение с точки зрения размеров), обозначается Σ и измеряется в м -1 ;
- затухание ультразвука , где оно обозначено α и измеряется в дБ ⋅см −1 MHz −1 ; [3] [4]
- акустика для характеристики гранулометрического состава , где обозначается α и измеряется в м -1 .
Коэффициент ослабления называется «коэффициентом ослабления» в контексте
- перенос солнечного и инфракрасного излучения в атмосфере , хотя обычно обозначается другим символом (с учетом стандартного использования μ = cos θ для наклонных трасс);
Небольшой коэффициент затухания указывает на то, что рассматриваемый материал относительно прозрачен , тогда как большее значение указывает на большую степень непрозрачности . Коэффициент ослабления зависит от типа материала и энергии излучения. Как правило, для электромагнитного излучения, чем выше энергия падающих фотонов и чем менее плотен рассматриваемый материал, тем ниже будет соответствующий коэффициент ослабления.
Математические определения [ править ]
Коэффициент затухания [ править ]
Коэффициент затухания объема, обозначенный μ , определяется как [5]
куда
- Φ e - лучистый поток ;
- z - длина пути луча.
Коэффициент спектрального полусферического затухания [ править ]
Коэффициент спектрального полусферического ослабления по частоте и спектральный полусферический коэффициент ослабления в длине волны объема, обозначенные соответственно μ ν и μ λ , определены как [5]
куда
- Φ e, ν - спектральный поток излучения по частоте ;
- Φ e, λ - спектральный поток излучения в длине волны .
Коэффициент направленного затухания [ править ]
Коэффициент направленного ослабления объема, обозначаемый μ Ω , определяется как [5]
где L e, Ω - яркость .
Коэффициент направленного спектрального ослабления [ править ]
Коэффициент направленного спектрального ослабления по частоте и коэффициент направленного спектрального ослабления в длине волны объема, обозначаемые μ Ω, ν и μ Ω, λ соответственно, определены как [5]
куда
- L e, Ω, ν - спектральная яркость по частоте ;
- L e, Ω, λ - спектральная яркость в длине волны .
Коэффициенты поглощения и рассеяния [ править ]
Когда узкий ( коллимированный ) луч проходит через объем, луч теряет интенсивность из-за двух процессов: поглощения и рассеяния .
Коэффициент поглощения объема, обозначенный μ a , и коэффициент рассеяния объема, обозначенный μ s , определяются так же, как и для коэффициента ослабления. [5]
Коэффициент ослабления объема складывается из коэффициента поглощения и коэффициента рассеяния: [5]
Просто глядя на сам узкий луч, эти два процесса невозможно различить. Однако, если детектор настроен на измерение луча, уходящего в разных направлениях, или, наоборот, с использованием неузкого луча, можно измерить, какая часть потерянного лучистого потока была рассеянной и какая была поглощена.
В этом контексте «коэффициент поглощения» меры , как быстро луч потеряет поток излучения из - за поглощения в одиночку , в то время как «коэффициент ослабления» измеряет общий потеря интенсивности узкого пучка, в то числе рассеяния , как хорошо. «Коэффициент ослабления узкого луча» всегда однозначно относится к последнему. Коэффициент затухания по крайней мере такой же, как коэффициент поглощения; они равны в идеализированном случае отсутствия рассеяния.
Массовые коэффициенты ослабления, поглощения и рассеяния [ править ]
Массовый коэффициент ослабления , массовый коэффициент поглощения и массовый коэффициент рассеяния определены как [5]
где ρ m - массовая плотность .
Наперовские и декадные коэффициенты затухания [ править ]
Десятичный коэффициент ослабления или десятичный коэффициент ослабления узкого луча , обозначаемый μ 10 , определяется как
Точно так же, как обычный коэффициент ослабления измеряет количество е- кратных сокращений, которые происходят на единице длины материала, этот коэффициент измеряет, сколько 10-кратных сокращений происходит: декадный коэффициент 1 м -1 означает, что 1 м материала снижает излучение. один раз в 10 раз.
μ иногда называют коэффициентом затухания Напьера или коэффициентом затухания узкого луча Непьера, а не просто «коэффициентом затухания». Термины «декада» и «Напье» происходят от основания, используемого для экспоненты в законе Бера – Ламберта для образца материала, в котором участвуют два коэффициента ослабления:
куда
- T - коэффициент пропускания материала образца;
- ℓ - длина пути луча света через образец материала.
В случае равномерного затухания эти соотношения принимают вид
Случаи неоднородного затухания встречаются, например, в приложениях, связанных с атмосферой и в теории защиты от излучения .
Коэффициент затухания (Напьера) и декадный коэффициент затухания образца материала связаны с числовой плотностью и количественными концентрациями его ослабляющих азот веществ как
куда
- σ i - сечение ослабления ослабляющего компонента i в образце материала;
- n i - концентрация ослабляющих частиц i в образце материала;
- ε i - молярный коэффициент ослабления ослабляющего вещества i в образце материала;
- c i - количественная концентрация ослабляющих веществ i в образце материала,
по определению поперечного сечения затухания и молярного коэффициента затухания.
Сечение затухания и молярный коэффициент затухания связаны соотношением
а числовую плотность и количественную концентрацию на
где N A - постоянная Авогадро .
Полураспада слой (ВЛ) представляет собой толщину слоя материала требуется , чтобы уменьшить поток излучения передаваемого излучения до половины ее падающей величины. Слой половинной величины составляет около 69% (ln 2) глубины проникновения . Инженеры используют эти уравнения, чтобы определить, какая толщина экранирования требуется для ослабления излучения до приемлемых или нормативных пределов.
Коэффициент затухания также обратно пропорционален длине свободного пробега . Более того, это очень тесно связано с сечением затухания .
Единицы радиометрии СИ [ править ]
Количество | Единица измерения | Измерение | Примечания | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Имя | Символ [nb 1] | Имя | Символ | Символ | ||||
Энергия излучения | Q e [nb 2] | джоуль | J | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Энергия электромагнитного излучения. | |||
Плотность лучистой энергии | ж е | джоуль на кубический метр | Дж / м 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −2 | Лучистая энергия на единицу объема. | |||
Сияющий поток | Φ e [nb 2] | ватт | W = Дж / с | M ⋅ L 2 ⋅ T −3 | Излучаемая, отраженная, переданная или полученная энергия излучения в единицу времени. Иногда это также называют «сияющей силой». | |||
Спектральный поток | Φ e, ν [nb 3] | ватт на герц | Вт / Гц | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Лучистый поток на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅нм -1 . | |||
Φ e, λ [nb 4] | ватт на метр | Вт / м | M ⋅ L ⋅ T −3 | |||||
Сияющая интенсивность | I e, Ω [nb 5] | ватт на стерадиан | Вт / ср | M ⋅ L 2 ⋅ T −3 | Излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поток излучения на единицу телесного угла. Это направленная величина. | |||
Спектральная интенсивность | I e, Ω, ν [nb 3] | ватт на стерадиан на герц | W⋅sr −1 ⋅Hz −1 | M ⋅ L 2 ⋅ T −2 | Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅ср −1 нм −1 . Это направленная величина. | |||
I e, Ω, λ [nb 4] | ватт на стерадиан на метр | W⋅sr −1 ⋅m −1 | M ⋅ L ⋅ T −3 | |||||
Сияние | L e, Ω [nb 5] | ватт на стерадиан на квадратный метр | W⋅sr −1 ⋅m −2 | M ⋅ T −3 | Лучистый поток, излучаемый, отраженный, передаваемый или принимаемый поверхностью , на единицу телесного угла на единицу площади проекции. Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью». | |||
Спектральное сияние | L e, Ω, ν [nb 3] | ватт на стерадиан на квадратный метр на герц | W⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅Hz −1 | M ⋅ T −2 | Яркость поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅sr −1 m −2 nm −1 . Это направленная величина. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью». | |||
L e, Ω, λ [nb 4] | ватт на стерадиан на квадратный метр, на метр | W⋅sr −1 ⋅m −3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Энергия излучения Плотность потока | E e [nb 2] | ватт на квадратный метр | Вт / м 2 | M ⋅ T −3 | Лучистый поток , полученный с помощью поверхности на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью». | |||
Спектральная освещенность Спектральная плотность потока | E e, ν [nb 3] | ватт на квадратный метр на герц | Вт⋅м −2 ⋅Гц −1 | M ⋅ T −2 | Освещенность поверхности на единицу частоты или длины волны. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью». Единицы измерения спектральной плотности потока, не относящиеся к системе СИ, включают янский (1 Ян = 10 −26 Вт⋅м −2 Гц −1 ) и единицу солнечного потока (1 sfu = 10 −22 Вт⋅м −2 ⋅Гц −1 = 10 4). Jy). | |||
E e, λ [nb 4] | ватт на квадратный метр, на метр | Вт / м 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Лучистость | J e [nb 2] | ватт на квадратный метр | Вт / м 2 | M ⋅ T −3 | Лучистый поток покидает (испускается, отражается и проходит) поверхность на единицу площади. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью». | |||
Спектральное излучение | J e, ν [nb 3] | ватт на квадратный метр на герц | Вт⋅м −2 ⋅Гц −1 | M ⋅ T −2 | Сияние поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м −2 нм −1 . Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью». | |||
J e, λ [nb 4] | ватт на квадратный метр, на метр | Вт / м 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Сияющая выходность | M e [nb 2] | ватт на квадратный метр | Вт / м 2 | M ⋅ T −3 | Лучистый поток , излучаемый на поверхности на единицу площади. Это излучаемый компонент излучения. «Излучение излучения» - старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «интенсивностью». | |||
Спектральная выходность | M e, ν [nb 3] | ватт на квадратный метр на герц | Вт⋅м −2 ⋅Гц −1 | M ⋅ T −2 | Излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Вт⋅м −2 нм −1 . «Спектральный коэффициент излучения» - старый термин для обозначения этой величины. Иногда это также ошибочно называют «спектральной интенсивностью». | |||
M e, λ [nb 4] | ватт на квадратный метр, на метр | Вт / м 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −3 | |||||
Сияющее воздействие | H e | джоуль на квадратный метр | Дж / м 2 | M ⋅ T −2 | Лучистая энергия, получаемая поверхностью на единицу площади, или, что эквивалентно, освещенность поверхности, интегрированная по времени облучения. Иногда это также называют «сияющим флюенсом». | |||
Спектральная экспозиция | H e, ν [nb 3] | джоуль на квадратный метр на герц | Дж⋅м −2 ⋅Гц −1 | M ⋅ T −1 | Излучение поверхности на единицу частоты или длины волны. Последний обычно измеряется в Дж⋅м −2 нм −1 . Иногда это также называют «спектральной плотностью энергии». | |||
H e, λ [nb 4] | джоуль на квадратный метр, на метр | Дж / м 3 | M ⋅ L −1 ⋅ T −2 | |||||
Полусферический коэффициент излучения | ε | N / A | 1 | Излучение поверхности , деленное на выход черного тела при той же температуре, что и эта поверхность. | ||||
Спектральная полусферическая излучательная способность | ε ν или ε λ | N / A | 1 | Спектральная светимость поверхности , деленная на светимость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность. | ||||
Направленная излучательная способность | ε Ω | N / A | 1 | Излучение , излучаемый на поверхности , разделенные , что излучаемый черного тела при той же температуре , как эта поверхность. | ||||
Спектрально-направленная излучательная способность | ε Ω, ν или ε Ω, λ | N / A | 1 | Спектральное свечение , излучаемое на поверхность , деленное на том , что из черного тела при той же температуре , как эта поверхность. | ||||
Полусферическое поглощение | А | N / A | 1 | Лучистый поток поглощается на поверхность , деленный на которые получены этой поверхность. Не следует путать с « поглощением ». | ||||
Спектральное полусферическое поглощение | A ν или A λ | N / A | 1 | Спектральный поток поглощается на поверхности , деленная на которые получены этой поверхности. Это не следует путать со « спектральным поглощением ». | ||||
Направленное поглощение | А Ом | N / A | 1 | Излучение поглощается на поверхности , деленной на сияния падающего на эту поверхность. Не следует путать с « поглощением ». | ||||
Спектральное направленное поглощение | A Ω, ν или A Ω, λ | N / A | 1 | Спектральный сияния поглощается на поверхности , деленной на спектральной энергетической яркости падающего на эту поверхность. Это не следует путать со « спектральным поглощением ». | ||||
Полусферическое отражение | р | N / A | 1 | Лучистый поток, отраженный от поверхности , делится на поток , принимаемый этой поверхностью. | ||||
Спектральная полусферическая отражательная способность | R ν или R λ | N / A | 1 | Спектральный поток отражается на поверхности , деленная на которые получены этой поверхности. | ||||
Направленное отражение | R Ом | N / A | 1 | Излучение отражается на поверхности , деленной на том , что полученные с помощью этой поверхности. | ||||
Спектральная отражательная способность | R Ω, ν или R Ω, λ | N / A | 1 | Спектральное сияние отражается на поверхность , деленный на которые получены этой поверхность. | ||||
Полусферический коэффициент пропускания | Т | N / A | 1 | Лучевой поток передается по поверхности , деленная на которые получены этой поверхности. | ||||
Спектральное полусферическое пропускание | T ν или T λ | N / A | 1 | Спектральный поток передается по поверхности , деленная на которые получены этой поверхности. | ||||
Направленное пропускание | Т Ом | N / A | 1 | Излучение передается по поверхности , деленная на которые получены этой поверхности. | ||||
Спектрально-направленное пропускание | T Ω, ν или T Ω, λ | N / A | 1 | Спектральное сияние передается по поверхности , деленный на которые получены этой поверхность. | ||||
Полусферический коэффициент затухания | μ | обратный счетчик | м −1 | L −1 | Поток излучения, поглощаемый и рассеиваемый на объем на единицу длины, деленный на полученный этим объемом. | |||
Коэффициент спектрального полусферического ослабления | μ ν или μ λ | обратный счетчик | м −1 | L −1 | Спектральный лучистого потока поглощается и рассеивается по объему на единицу длины, деленное на том , что полученные этим объемом. | |||
Коэффициент направленного затухания | μ Ом | обратный счетчик | м −1 | L −1 | Сияние поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на полученное этим объемом. | |||
Коэффициент направленного спектрального ослабления | μ Ω, ν или μ Ω, λ | обратный счетчик | м −1 | L −1 | Спектральная яркость поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на полученное этим объемом. | |||
См. Также: SI · Радиометрия · Фотометрия. |
- ^ Организации по стандартизации рекомендуютобозначатьрадиометрические величины суффиксом «e» (от «энергетический»), чтобы избежать путаницы с фотометрическими или фотонными величинами.
- ^ a b c d e Иногда можно увидеть альтернативные символы: W или E для лучистой энергии, P или F для лучистого потока, I для энергетической освещенности, W для лучистой светимости.
- ^ a b c d e f g Спектральные величины, заданные на единицу частоты , обозначаются суффиксом « ν » (греческий) - не путать с суффиксом «v» (от «визуальный»), обозначающим фотометрическую величину.
- ^ a b c d e f g Спектральные величины, заданные на единицу длины волны , обозначаются суффиксом « λ » (греческий).
- ^ a b Направленные величины обозначаются суффиксом « Ω » (греческий).
См. Также [ править ]
- Поглощение (электромагнитное излучение)
- Сечение поглощения
- Спектр поглощения
- Акустическое затухание
- Затухание
- Длина затухания
- Закон Бера – Ламберта
- Сканирование грузов
- Комптоновский край
- Комптоновское рассеяние
- Расчет ослабления радиоволн в атмосфере
- Поперечное сечение (физика)
- Серая атмосфера
- Рентгеновские лучи высоких энергий
- Коэффициент ослабления массы
- Длина свободного пробега
- Постоянная распространения
- Длина излучения
- Теория рассеяния
- Пропускание
Ссылки [ править ]
- ^ a b ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « Коэффициент затухания ». DOI : 10,1351 / goldbook.A00516
- ^ "2-е издание Глоссария метеорологии" . Американское метеорологическое общество . Проверено 3 ноября 2015 .
- ^ ISO 20998-1: 2006 «Измерение и определение характеристик частиц акустическими методами»
- ^ Духин, А.С. и Гетц, П.Дж. "Ультразвук для характеристики коллоидов", Elsevier, 2002
- ^ a b c d e f g «Теплоизоляция. Передача тепла излучением. Физические величины и определения» . ISO 9288: 1989 . Каталог ISO . 1989 . Проверено 15 марта 2015 .
Внешние ссылки [ править ]
- Коэффициенты поглощения α строительных материалов и отделки
- Коэффициенты звукопоглощения для некоторых распространенных материалов
- Таблицы массовых коэффициентов ослабления рентгеновского излучения и массовых коэффициентов поглощения энергии от 1 кэВ до 20 МэВ для элементов с Z = от 1 до 92 и 48 дополнительных веществ, представляющих дозиметрический интерес
- ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « Коэффициент поглощения ». DOI : 10,1351 / goldbook.A00037