衰减系数
衰减系数,(attenuation coefficient) 通常是指某些物理量例如光子、声波、电子、粒子的数量或能量等等,在物体中单一方向行进贯穿的难易程度。以光线为例,衰减系数大,代表光线进入某特定物质时会快速变弱;衰减系数小,代表光线可以很容易穿透此物质,即此一物质是相当透明的。
衰减系数其实是一种机率概念:假设 100 个光子每行进一公分,20 个光子与物质发生特定交互作用被吸收掉,衰减系数就是每公分损失 20%, 写成为长度单位的倒数,0.2 cm-1。以国际标准单位制来表示,可写成 20 m-1,单位为米分之一。
衰减系数大小与入射标的物的性质有关,例如入射光波长;也与贯穿作用物质本身的性质有关。
相关领域
衰减系数的概念使用于许多领域与学门,有不同的名称,但是其数学定义非常类似:数量衰减,能量衰减,电磁场强度衰减,功率衰减,等等。
游离辐射,以伽玛射线或X射线为例,衰减系数之符号定义为 , 常用单位为 cm-1。
辐射防护,以类似概念质量衰减系数(mass attenuation coefficient)进行讨论。
高能物理或核子工程核反应堆(nuclear reactors)讨论,以中子为例,称为巨观截面(macroscopic cross section),符号定义为 , 常用单位为 m-1。
声波,衰减系数又称为‘粒子大小分布’(particle size distribution),符号定义为 , 常用单位为 m-1。
超声波,衰减系数称为超声波衰减(ultrasound attenuation),符号定义为 , 常用单位为 dB·cm−1·MHz−1.
电磁波,能量传输损耗(transmission loss),衰减系数之符号亦为 ,常用单位,衰减系数为 dB·km−1。衰减系数又称为传播常数(propagation constant)。
数学概述
以下将以数学概述衰减系数定义,简单描述相关概念。
线性衰减系数
线性衰减系数,或定向衰减系数 (direction attenuation coefficient),常用于游离辐射领域,是指在一单位体积的介质中,入射标的物沿着一单位长度与介质作用而消失的机率大小,常用符号为 μΩ,数学定义:此处 Le,Ω 为辐射率.
频谱线性衰减系数
频率谱定向衰减系数 (spectral directional attenuation coefficient in frequency) 与 波长谱定向衰减系数 (spectral directional attenuation coefficient in wavelength),是指,一特定波长或频率的电磁波或光子打入一单位体积的介质后,入射标的物沿着一特定方向,直线前进每一单位长度间,与介质作用而消失的机率大小,相应的常用符号各自为 μΩ,ν 与 μΩ,λ。数学定义
此处相关符号的定义如下,
Le,Ω,ν 为特定频率的 辐射率;
Le,Ω,λ 为特定波长的 辐射率。