Массовый коэффициент затухания

Массовые коэффициенты ослабления выбранных элементов для рентгеновских фотонов с энергией до 250 кэВ.

Массовый коэффициент ослабления , или массовый коэффициент ослабления узкого луча материала, представляет собой коэффициент ослабления, нормированный по плотности материала; то есть затухание на единицу массы (а не на единицу расстояния). Таким образом, он характеризует, насколько легко масса материала может быть проникнута лучом света , звука , частиц или другой энергии или материи . Помимо видимого света, массовые коэффициенты ослабления могут быть определены для другого электромагнитного излучения (например, рентгеновских лучей ), звука или любого другого луча, который можно ослабить. Единицей массового коэффициента ослабления в системе СИ является квадратный метр на килограмм ( м ² /кг ). Другие распространенные единицы включают см. ² / г (наиболее распространенная единица измерения массовых коэффициентов ослабления рентгеновских лучей) и L⋅g. ⁻¹ ⋅cm ⁻¹ (иногда используется в химии растворов). Коэффициент массового вымирания — старый термин для этой величины.

Массовый коэффициент ослабления можно рассматривать как вариант сечения поглощения , где эффективная площадь определяется на единицу массы, а не на частицу.

Математические определения

Массовый коэффициент затухания определяется как

${\frac {\mu }{\rho _{m}}},$

где

• μ – коэффициент затухания (коэффициент линейного затухания);
• ρ _m – массовая плотность .

При использовании массового коэффициента затухания закон Бера – Ламберта записывается в альтернативной форме:

$I=I_{0}\,e^{-(\mu /\rho _{m})\lambda }$

где

$\lambda =\rho _{m}\ell$ - это плотность площади, известная также как толщина массы, и $\ell$ длина, на которой происходит затухание.

Массовые коэффициенты поглощения и рассеяния

Когда узкий ( коллимированный ) луч проходит через объем, луч теряет интенсивность из-за двух процессов: поглощения и рассеяния .

Коэффициент массового поглощения и коэффициент массового рассеяния определяются как

${\frac {\mu _{\mathrm {a} }}{\rho _{m}}},\quad {\frac {\mu _{\mathrm {s} }}{\rho _{m}}},$

где

• μ _a – коэффициент поглощения;
• μ _s – коэффициент рассеяния.

В решениях

В химии массовые коэффициенты ослабления часто используются для химических веществ, растворенных в растворе . В этом случае массовый коэффициент ослабления определяется тем же уравнением, за исключением того, что «плотность» — это плотность только этого одного химического вида, а «затухание» — это ослабление, обусловленное только этим одним химическим видом. коэффициент Фактический затухания рассчитывается по формуле

$\mu =(\mu /\rho )_{1}\rho _{1}+(\mu /\rho )_{2}\rho _{2}+\ldots ,$

где каждое слагаемое суммы представляет собой массовый коэффициент затухания и плотность другого компонента раствора ( растворитель необходимо также включить ). Это удобная концепция, поскольку массовый коэффициент ослабления вида примерно не зависит от его концентрации (при определенных допущений выполнении ).

Близко связанное понятие – молярная поглощающая способность . Количественно они связаны соотношением

(массовый коэффициент ослабления) × ( молярная масса ) = (молярная поглощающая способность).

Рентгеновские лучи

Массовый коэффициент затухания железа с сопутствующими источниками затухания: когерентное рассеяние , некогерентное рассеяние , фотоэлектрическое поглощение и два типа образования пар . Разрыв значений фотоэлектрического поглощения обусловлен K-краем . Данные графика взяты из базы данных XCOM NIST .

Значения массового коэффициента ослабления показаны для всех элементов с атомным номером Z менее 100, собранные для фотонов с энергиями от 1 кэВ до 20 МэВ. Разрывы в значениях обусловлены краями поглощения , которые также были показаны.

Таблицы фотонов массовых коэффициентов ослабления необходимы в радиологической физике, радиографии (в медицинских целях и целях безопасности), дозиметрии , дифракции , интерферометрии , кристаллографии и других разделах физики. Фотоны могут быть в форме рентгеновских лучей , гамма-лучей и тормозного излучения .

Значения массовых коэффициентов ослабления, основанные на собственных значениях поперечного сечения фотонов , зависят от поглощения и рассеяния излучения падающего , вызванного несколькими различными механизмами, такими как:

• Рэлеевское рассеяние (когерентное рассеяние);
• Комптоновское рассеяние (некогерентное рассеяние);
• фотоэлектрическое поглощение ;
• парное рождение , электрон-позитронное рождение в полях ядра и атомных электронов.

Фактические значения были тщательно изучены и доступны широкой публике через три базы данных Национального института стандартов и технологий (NIST):

1. база данных XAAMDI;
2. база данных XCOM;
3. База данных ФФАСТ.

Расчет состава раствора

Если в одном растворе растворено несколько известных химических веществ, концентрацию каждого из них можно рассчитать с помощью анализа светопоглощения. Во-первых, необходимо измерить или найти массовые коэффициенты затухания каждого отдельного растворенного вещества или растворителя, в идеале в широком спектре длин волн. Во-вторых, необходимо измерить коэффициент затухания фактического решения. Наконец, используя формулу

$\mu =(\mu /\rho )_{1}\rho _{1}+(\mu /\rho )_{2}\rho _{2}+\ldots ,$

спектр может быть подобран с использованием ρ ₁ , ρ ₂ , … в качестве настраиваемых параметров, поскольку µ и каждый µ / ρ _i являются функциями длины волны. Если имеется N растворенных веществ или растворителей, для этой процедуры требуется как минимум N измеренных длин волн для создания разрешимой системы одновременных уравнений , хотя использование большего количества длин волн дает более надежные данные.

См. также

• Коэффициент поглощения
• Сечение поглощения
• Длина затухания
• Затухание
• Закон Бера – Ламберта
• Сканирование грузов
• Комптон Эдж
• Комптоновское рассеяние
• Поперечное сечение
• Высокоэнергетические рентгеновские лучи
• Средний свободный путь
• Молярный коэффициент затухания
• Константа распространения
• Длина излучения
• Теория рассеяния
• пропускание