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) единицей коэффициента затухания в системе СИ является обратный метр (м -1 ). Коэффициент вымирания — еще один термин для этой величины, [1] часто используемый в метеорологии и климатологии . [3] Чаще всего эта величина измеряет экспоненциальное затухание интенсивности, то есть значение нисходящего e - кратного расстояния исходной интенсивности, когда энергия интенсивности проходит через единицу толщины материала ( например , один метр), поэтому что коэффициент ослабления 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 е , или е 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.
Коэффициент ослабления описывает степень уменьшения лучистого потока луча при прохождении через определенный материал. Он используется в контексте:
Коэффициент затухания называется «коэффициентом затухания» в контексте
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.
Коэффициент затухания объема, обозначаемый μ , определяется как [6]
где
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]
где
Коэффициент направленного затухания объема, обозначаемый μ Ω , определяется как [6]
где L e,Ω — яркость .
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]
где
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]
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.
Массовый коэффициент ослабления , массовый коэффициент поглощения и коэффициент массового рассеяния определяются как [6]
где ρ m – массовая плотность .
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 состоит 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:
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, происходящих на единице длины материала, этот коэффициент измеряет, сколько происходит 10-кратных сокращений: десятичный коэффициент 1 м -1 означает, что 1 м материала уменьшает излучение. один раз 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:
где
В случае равномерного затухания эти соотношения принимают вид
Случаи неравномерного ослабления встречаются, например, в приложениях науки об атмосфере и теории радиационной защиты .
Коэффициент (Напирова) ослабления и десятичный коэффициент ослабления образца материала связаны с числовыми плотностями и количественными концентрациями его N- затухающих частиц как
где
по определению сечения затухания и молярного коэффициента затухания.
Сечение затухания и молярный коэффициент затухания связаны соотношением
а числовая плотность и количественная концентрация -
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 .