Коэффициент затухания

Коэффициент линейного ослабления , коэффициент ослабления или коэффициент ослабления узкого луча характеризует, насколько легко в объем материала может проникнуть луч света , звука , частиц или другой энергии или материи . ^[1] Большое значение коэффициента означает, что луч «ослабляется» при прохождении через данную среду, тогда как маленькое значение означает, что среда мало влияет на потери. ^[2] (Производной) в системе СИ единицей коэффициента затухания является обратный метр (м ⁻¹). Коэффициент затухания - это еще один термин для этой величины. ^[1] часто используется в метеорологии и климатологии . ^[3] Чаще всего эта величина измеряет экспоненциальное затухание интенсивности, то есть значение нисходящего е -кратного расстояния исходной интенсивности, когда энергия интенсивности проходит через единицу толщины материала ( например, один метр), так что затухание коэффициент 1 м ⁻¹ означает, что после прохождения 1 метра излучение уменьшится в е 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 e , например десятичный коэффициент затухания, указанный ниже. Коэффициент ослабления широкого луча учитывает рассеянное вперед излучение как передаваемое, а не как ослабленное, и более применимо для радиационной защиты . Массовый коэффициент ослабления — это коэффициент ослабления, нормированный на плотность материала.

Обзор [ править ]

Коэффициент ослабления описывает степень уменьшения лучистого потока луча при прохождении через определенный материал. Он используется в контексте:

Рентгеновские лучи или гамма-лучи , где они обозначаются мкм и измеряются в см. ⁻¹;
нейтронов и ядерных реакторов , где оно называется макроскопическим сечением (хотя на самом деле оно не является сечением в размерном отношении), обозначается Σ и измеряется в м ⁻¹;
затухание ультразвука , где оно обозначается α и измеряется дБ⋅см в ⁻¹⋅MHz ⁻¹; ^[4]^[5]
акустика для характеристики гранулометрического состава , где он обозначается α и измеряется в м ⁻¹.

Коэффициент затухания называется «коэффициентом затухания» в контексте

перенос солнечного и инфракрасного излучения в атмосфере , хотя обычно обозначается другим символом (учитывая стандартное использование μ = cos θ для наклонных трасс);

Небольшой коэффициент ослабления 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. Обычно для электромагнитного излучения чем выше энергия падающих фотонов и чем менее плотен рассматриваемый материал, тем ниже будет соответствующий коэффициент ослабления.

Математические определения

Коэффициент затухания [ править ]

Коэффициент затухания объема, обозначаемый μ , определяется как ^[6]

\mu =-{\frac {1}{\Phi _{\mathrm {e} }}}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {e} }}{\mathrm {d} z}},

где

Φ _e – лучистый поток ;
z — длина пути луча.

Спектральный ослабления коэффициент полусферический

Спектральный полусферический коэффициент затухания по частоте и спектральный полусферический коэффициент затухания по длине волны в объеме, обозначаемые μ _ν и μ _λ соответственно, определяются как: ^[6]

\mu _{\nu }=-{\frac {1}{\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }}}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {e} ,\nu }}{\mathrm {d} z}},

\mu _{\lambda }=-{\frac {1}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }}}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }}{\mathrm {d} z}},

где

Φ _e,ν – спектральный поток излучения на частоте ;
Φ _e,λ – спектральный поток излучения на длине волны .

Коэффициент затухания направленного

Направленный коэффициент затухания объема, обозначаемый μ _Ω , определяется как ^[6]

\mu _{\Omega }=-{\frac {1}{L_{\mathrm {e} ,\Omega }}}{\frac {\mathrm {d} L_{\mathrm {e} ,\Omega }}{\mathrm {d} z}},

где L _e,Ω — яркость .

направленного затухания Коэффициент спектрального

Спектрально -направленный коэффициент затухания по частоте и спектрально-направленный коэффициент затухания по длине волны в объеме, обозначаемые µ _Ω,ν и µ _Ω,λ соответственно, определяются как ^[6]

{\begin{aligned}\mu _{\Omega ,\nu }&=-{\frac {1}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }}}{\frac {\mathrm {d} L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }}{\mathrm {d} z}},\\\mu _{\Omega ,\lambda }&=-{\frac {1}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }}}{\frac {\mathrm {d} L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }}{\mathrm {d} z}},\end{aligned}}

где

L _e,Ω,ν – спектральная яркость на частоте ;
L _e,Ω,λ — спектральная яркость на длине волны .

поглощения рассеяния Коэффициенты и

Когда узкий ( коллимированный ) луч проходит через объем, луч теряет интенсивность из-за двух процессов: поглощения и рассеяния . Поглощение указывает на потерю энергии из луча, а рассеяние указывает на свет, который перенаправляется в (случайном) направлении и, следовательно, больше не находится в луче, но все еще присутствует, что приводит к рассеянному свету.

Коэффициент поглощения объема, обозначаемый μ _a , и коэффициент рассеяния объема, обозначаемый μ _s , определяются так же, как и коэффициент ослабления. ^[6]

Коэффициент ослабления объема представляет собой сумму коэффициентов поглощения и коэффициентов рассеяния: ^[6]

{\begin{aligned}\mu &=\mu _{\mathrm {a} }+\mu _{\mathrm {s} },\\\mu _{\nu }&=\mu _{\mathrm {a} ,\nu }+\mu _{\mathrm {s} ,\nu },\\\mu _{\lambda }&=\mu _{\mathrm {a} ,\lambda }+\mu _{\mathrm {s} ,\lambda },\\\mu _{\Omega }&=\mu _{\mathrm {a} ,\Omega }+\mu _{\mathrm {s} ,\Omega },\\\mu _{\Omega ,\nu }&=\mu _{\mathrm {a} ,\Omega ,\nu }+\mu _{\mathrm {s} ,\Omega ,\nu },\\\mu _{\Omega ,\lambda }&=\mu _{\mathrm {a} ,\Omega ,\lambda }+\mu _{\mathrm {s} ,\Omega ,\lambda }.\end{aligned}}

Просто взглянув на сам узкий луч, эти два процесса невозможно различить. Однако если детектор настроен на измерение луча, уходящего в разные стороны, или, наоборот, с использованием неузкого луча, можно измерить, какая часть потерянного лучистого потока была рассеяна, а какая — поглощена.

В этом контексте «коэффициент поглощения» измеряет, насколько быстро луч потеряет лучистый поток только из-за поглощения , а «коэффициент ослабления» измеряет общую потерю интенсивности узкого луча, включая также рассеяние. «Коэффициент ослабления узкого луча» всегда однозначно относится к последнему. Коэффициент ослабления по крайней мере такой же большой, как и коэффициент поглощения; они равны в идеализированном случае отсутствия рассеяния.

ослабления, поглощения и рассеяния Массовые коэффициенты

Коэффициент массового ослабления , коэффициент массового поглощения и коэффициент массового рассеяния определяются как ^[6]

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

где ρ _m – массовая плотность .

неперова и затухания декадного Коэффициенты

Децибелы [ править ]

Инженерные приложения часто выражают затухание в логарифмических единицах децибел , или «дБ», где 10 дБ представляет собой затухание в 10 раз. Таким образом , единицами измерения коэффициента затухания являются дБ/м (или, как правило, дБ на единицу расстояния). Обратите внимание, что в логарифмических единицах, таких как дБ, затухание является линейной функцией расстояния, а не экспоненциальной. Преимущество этого метода заключается в том, что результат работы нескольких слоев ослабления можно найти путем простого сложения потерь в дБ для каждого отдельного прохода. Однако, если требуется интенсивность, логарифмы необходимо преобразовать обратно в линейные единицы с помощью экспоненты: $I=I_{o}10^{-(dB/10)}.$

Наперианское затухание [ править ]

Десятичный коэффициент ослабления или десятичный коэффициент ослабления узкого луча , обозначаемый μ ₁₀ , определяется как

\mu _{10}={\frac {\mu }{\ln 10}}.

Точно так же, как обычный коэффициент затухания измеряет количество е -кратных сокращений, происходящих на единице длины материала, этот коэффициент измеряет, сколько 10-кратных сокращений происходит: десятичный коэффициент 1 м ⁻¹ означает, что 1 м материала снижает радиацию в 10 раз.

μ иногда называют коэффициентом ослабления Нейпера или коэффициентом ослабления узкого луча Непера, а не просто «коэффициентом ослабления». Термины «декадный» и «напириан» происходят от основы, используемой для экспоненты в законе Бера-Ламберта для образца материала, в котором принимают участие два коэффициента затухания:

T=e^{-\int _{0}^{\ell }\mu (z)\mathrm {d} z}=10^{-\int _{0}^{\ell }\mu _{10}(z)\mathrm {d} z},

где

Т – коэффициент пропускания образца материала;
ℓ — длина пути луча света через образец материала.

В случае равномерного затухания эти соотношения принимают вид

T=e^{-\mu \ell }=10^{-\mu _{10}\ell }.

Случаи неравномерного ослабления встречаются, в приложениях науки об атмосфере и теории радиационной защиты например, .

Коэффициент (Напирова) ослабления и десятичный коэффициент ослабления образца материала связаны с числовыми плотностями и количественными концентрациями его N -затухающих частиц как

{\begin{aligned}\mu (z)&=\sum _{i=1}^{N}\mu _{i}(z)=\sum _{i=1}^{N}\sigma _{i}n_{i}(z),\\\mu _{10}(z)&=\sum _{i=1}^{N}\mu _{10,i}(z)=\sum _{i=1}^{N}\varepsilon _{i}c_{i}(z),\end{aligned}}

где

σ _i — сечение затухания ослабляющего вещества i в образце материала;
n _i — плотность числа ослабляющих частиц i в образце материала;
ε _i — молярный коэффициент ослабления ослабляющего вещества i в образце материала;
c _i — количественная концентрация ослабляющего вещества i в образце материала,

по определению сечения затухания и молярного коэффициента затухания.

Сечение затухания и молярный коэффициент затухания связаны соотношением

\varepsilon _{i}={\frac {N_{\text{A}}}{\ln {10}}}\,\sigma _{i},

а числовая плотность и количественная концентрация -

c_{i}={\frac {n_{i}}{N_{\text{A}}}},

где N _A — постоянная Авогадро .

Слой половинной величины (HVL) — это толщина слоя материала, необходимая для уменьшения лучистого потока передаваемого излучения до половины его падающей величины. Слой половинной величины составляет около 69% (ln 2) глубины проникновения . Инженеры используют эти уравнения для прогнозирования, какая толщина защиты потребуется для ослабления излучения до приемлемых или нормативных пределов.

Коэффициент затухания также обратно пропорционален длине свободного пробега . Более того, оно очень тесно связано с сечением затухания .

радиометрические Другие коэффициенты

Коэффициенты радиометрии
v
т
Это
Количество		единицы СИ	Примечания
Имя	Сим.	единицы СИ	Примечания
Полусферическая излучательная способность	$е$	—	Светимость поверхности , разделенная на яркость черного тела , имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Спектральная полусферическая излучательная способность	$эн н$ $е л$	—	Спектральная яркость поверхности , разделенная на спектральную яркость черного тела при той же температуре, что и эта поверхность.
Направленная излучательная способность	$Ох ох$	—	Излучение излучаемое поверхностью , , разделенное на излучение черного тела , имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Спектральная направленная излучательная способность	$э О, н$ $е О, я$	—	Спектральное излучение излучаемое поверхностью , , разделенное на излучение черного тела , имеющего ту же температуру, что и эта поверхность.
Полусферическое поглощение	$А$	—	Лучистый поток, поглощаемый поверхностью , деленный на поток , полученный этой поверхностью. Это не следует путать с « поглощением ».
Спектральное полусферическое поглощение	$н $ $А л$	—	Спектральный поток, поглощаемый поверхностью , разделенный на поток , полученный этой поверхностью. Это не следует путать со « спектральным поглощением ».
Направленное поглощение	$Ом $	—	Излучение, , разделенное поглощаемое поверхностью на излучение, падающее на эту поверхность. Это не следует путать с « поглощением ».
Спектрально-направленное поглощение	$О, н$ $О, я$	—	Спектральное излучение, , разделенное поглощаемое поверхностью на спектральное излучение, падающее на эту поверхность. Это не следует путать со « спектральным поглощением ».
Полусферическая отражательная способность	$р$	—	Лучистый поток, отраженный поверхностью , разделенный на поток , полученный этой поверхностью.
Спектральная полусферическая отражательная способность	$Р н$ $Р λ$	—	Спектральный поток, отраженный поверхностью , разделенный на поток , полученный этой поверхностью.
Направленное отражение	$Р Ом$	—	Сияние , отраженное поверхностью , разделенное на сияние , полученное этой поверхностью.
Спектральное направленное отражение	$R Ом, н$ $Р Ом, л$	—	Спектральное излучение, отраженное поверхностью , разделенное на излучение , полученное этой поверхностью.
Полусферический коэффициент пропускания	$Т$	—	Лучистый поток, передаваемый поверхностью , разделенный на поток , полученный этой поверхностью.
Спектральное полусферическое пропускание	$Т ν$ $Т λ$	—	Спектральный поток, передаваемый поверхностью , деленный на поток , принимаемый этой поверхностью.
Направленный коэффициент пропускания	$Т Ом$	—	Излучение, , деленное передаваемое поверхностью на излучение, полученное этой поверхностью.
Спектральный направленный коэффициент пропускания	$Т О, н$ $Т Ом, л$	—	Спектральное излучение, передаваемое поверхностью , деленное на излучение , полученное этой поверхностью.
Полусферический коэффициент затухания	$м$	м ⁻¹	Лучистый поток поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на поток, полученный этим объемом.
Спектральный полусферический коэффициент ослабления	$м н$ $м л$	м ⁻¹	Спектральный поток излучения, поглощаемый и рассеиваемый , определяется объемом на единицу длины, деленным на поток, полученный этим объемом.
Коэффициент направленного затухания	$м Ох$	м ⁻¹	Излучение поглощается и рассеивается на объем на единицу длины, деленный на количество, полученное этим объемом.
Спектральный коэффициент направленного затухания	$м Ох, н$ $м Ом, л$	м ⁻¹	Спектральное излучение, поглощаемое и рассеиваемое на объем на единицу длины, деленное на излучение, полученное этим объемом.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Перейти обратно: ^а ^б ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « Коэффициент затухания ». два : 10.1351/goldbook.A00516
^ Сервей, Раймонд; Моисей, Климент; Мойер, Курт (2005). Современная физика . Калифорния, США: Брукс/Коул. п. 529. ИСБН 978-0-534-49339-4 .
^ «2-е издание Словаря по метеорологии» . Американское метеорологическое общество . Проверено 3 ноября 2015 г.
^ ISO 20998-1:2006 «Измерение и определение характеристик частиц акустическими методами».
^ Духин А.С. и Гетц П.Дж. «Ультразвук для характеристики коллоидов», Elsevier, 2002.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^Это ^ж ^г «Теплоизоляция. Теплопередача излучением. Физические величины и определения» . ИСО 9288:1989 . ИСО Каталог . 1989 год . Проверено 15 марта 2015 г.

Внешние ссылки [ править ]

[GoldBook-1] Перейти обратно: ^а ^б ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « Коэффициент затухания ». два : 10.1351/goldbook.A00516

[2] Сервей, Раймонд; Моисей, Климент; Мойер, Курт (2005). Современная физика . Калифорния, США: Брукс/Коул. п. 529. ИСБН 978-0-534-49339-4 .

[AMSGlossary-3] «2-е издание Словаря по метеорологии» . Американское метеорологическое общество . Проверено 3 ноября 2015 г.

[ReferenceA-4] ISO 20998-1:2006 «Измерение и определение характеристик частиц акустическими методами».

[autogenerated2002-5] Духин А.С. и Гетц П.Дж. «Ультразвук для характеристики коллоидов», Elsevier, 2002.

[ISO_9288-1989-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^Это ^ж ^г «Теплоизоляция. Теплопередача излучением. Физические величины и определения» . ИСО 9288:1989 . ИСО Каталог . 1989 год . Проверено 15 марта 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]