衰減係數

衰減系數,(attenuation coefficient) 通常是指某些物理量例如光子、聲波、電子、粒子的數量或能量等等,在物體中單一方向行進貫穿的難易程度。以光線為例,衰減系數大,代表光線進入某特定物質時會快速變弱;衰減系數小,代表光線可以很容易穿透此物質,即此一物質是相當透明的。[1]

衰減系數其實是一種機率概念:假設 100 個光子每行進一公分,20 個光子與物質發生特定交互作用被吸收掉,衰減系數就是每公分損失 20%, 寫成為長度單位的倒數,0.2 cm-1。以國際標準單位制來表示,可寫成 20 m-1,單位為公尺分之一。

衰減系數大小與入射標的物的性質有關,例如入射光波長;也與貫穿作用物質本身的性質有關。

相關領域编辑

衰減係數的概念使用於許多領域與學門,有不同的名稱,但是其數學定義非常類似:數量衰減,能量衰減,電磁場強度衰減,功率衰減,等等。

數學概述编辑

以下將以數學概述衰減係數定義,簡單描述相關概念。

線性衰減係數编辑

線性衰減係數,或定向衰減係數 (direction attenuation coefficient),常用於游離輻射領域,是指在一單位體積的介質中,入射標的物沿著一單位長度與介質作用而消失的機率大小,常用符號為 μΩ,數學定義 [3]  此處 Le,Ω輻射率.

頻譜線性衰減係數编辑

頻率譜定向衰減係數 (spectral directional attenuation coefficient in frequency) 與 波長譜定向衰減係數 (spectral directional attenuation coefficient in wavelength),是指,一特定波長或頻率的電磁波或光子打入一單位體積的介質後,入射標的物沿著一特定方向,直線前進每一單位長度間,與介質作用而消失的機率大小,相應的常用符號各自為 μΩ,νμΩ,λ。數學定義[3]

 
 

此處相關符號的定義如下,

半球式衰減係數编辑

半球式衰減係數 (Hemispherical attenuation coefficient) 是指,一道光子束或粒子束打入一單位體積的介質後,以半球狀方式擴散,入射標的物沿著一單位長度與介質作用而消失的機率大小,常用符號為 μ, 數學定義[3]  此處相關符號的定義如下,

  • Φe 為輻射通量 (radiant flux),又稱輻射功率;
  • z 為此光束或粒子束在介質中的路徑長度。

譜線半球式衰減係數编辑

頻率譜半球式衰減係數 (spectral hemispherical attenuation coefficient in frequency) 與 波長譜半球式衰減係數 (spectral hemispherical attenuation coefficient in wavelength) 是指,一特定波長或頻率的電磁波或光子束打入一單位體積的介質後,以半球狀方式擴散,入射標的物沿著一單位長度與介質作用而消失的機率大小,相應的常用符號各自為 μνμλ [3]

 
 

此處相關符號的定義如下,

游離輻射编辑

在游離輻射領域,實務概念採用質量衰減係數,描述入射標的物與傳遞介質間發生交互作用的機率。[1]

  • 質量衰減係數:每公斤介質和光子發生作用之機率。
  • 原子衰減係數:每一個原子和光子發生作用之機率。
  • 電子衰減係數:每一個電子和光子發生作用之機率。

相關定義與常用單位簡述[1]如下:

  • 質量衰減係數=μ/ρ。(平方公尺/公斤)
  • 原子衰減係數=(Z/1000Ne) (μ/ρ)。(平方公尺/原子數)
  • 電子衰減係數=(1/1000Ne) (μ/ρ)。(平方公尺/電子數)

補充相關符號定義如下:

  • μ:線性衰減係數 (linear attenuation coefficient)。(cm-1)
  • ρ:介質質量密度。(kg/m3)
  • Z:原子序
  • A:質量數。
  • Ne(電子數/克)=(Na  Z)/A ─ 其 Ne 約等於 3.01 
  • Na為亞弗加厥數, 

相關條目编辑

參考資料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 James E. Turner. 朱鐵吉, 编. 原子、輻射、與輻射防護 2nd. 民全書局有限公司. 1995. ISBN 9579122113 (中文(台灣)‎). 
  2. ^ A. Bruce Carlson. 湯鴻沼, 编. 訊號與通訊 3rd. 全華科技圖書股份有限公司. 1992. ISBN 9572100262 (中文(台灣)‎). 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Thermal insulation — Heat transfer by radiation — Physical quantities and definitions. ISO 9288:1989. ISO catalogue. 1989 [2015-03-15] (英语).