衰減系數

衰減系數(英語: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]

衰減系數其實是概率概念: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

衰減系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

以下將以數學概述衰減系數定義,簡單描述相關概念。

線性衰減系數

線性衰減系數,或定向衰減系數(direction attenuation coefficient),常用於游離輻射領域,是指在一單位體積的介質中,入射標的物沿着一單位長度與介質作用而消失的概率大小,常用符號為μΩ,數學定義 [3]  此處Le,Ω輻射率

頻譜線性衰減系數

頻率譜定向衰減系數(spectral directional attenuation coefficient in frequency)與波長譜定向衰減系數(spectral directional attenuation coefficient in wavelength)指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,入射標的物沿着一特定方向,直線前進每一單位長度間,與介質作用而消失的概率大小,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,

半球式衰減系數

半球式衰減系數(Hemispherical attenuation coefficient)指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,入射標的物沿着一單位長度與介質作用而消失的概率大小,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。

譜線半球式衰減系數

頻率譜半球式衰減系數(spectral hemispherical attenuation coefficient in frequency)與波長譜半球式衰減系數(spectral hemispherical attenuation coefficient in wavelength)指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,入射標的物沿着一單位長度與介質作用而消失的概率大小,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

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

  • 質量衰減系數:每公斤介質和光子發生作用之概率。
  • 原子衰減系數:每一個原子和光子發生作用之概率。
  • 電子衰減系數:每一個電子和光子發生作用之概率。

相關定義與常用單位簡述[1]如下:

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

補充相關符號定義如下:

  • μ:線性衰減系數(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

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 James E. Turner. 朱鐵吉 , 編. 原子、輻射、與輻射防護 2nd. 民全書局有限公司. 1995. ISBN 9579122113 (中文(臺灣)). 
  2. ^ A. Bruce Carlson. 湯鴻沼 , 編. 訊號與通訊 3rd. 全華科技圖書股份有限公司. 1992. ISBN 9572100262 (中文(臺灣)). 
  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]. (原始內容存檔於2016-03-04) (英語).