Massenschwächungskoeffizient

Der Massenschwächungskoeffizient eines Materials , auch Massenschwächungskoeffizient schmaler Strahlen genannt, ist der auf die Dichte des Materials normierte Schwächungskoeffizient ; er gibt also die Schwächung pro Masseneinheit (und nicht pro Längeneinheit) an. Er charakterisiert somit, wie leicht ein Material von einem Licht- , Schall- , Teilchen- oder anderen Energie- oder Materiestrahl durchdrungen werden kann . ^{[ 1 ]} Neben sichtbarem Licht lassen sich Massenschwächungskoeffizienten auch für andere elektromagnetische Strahlungen (wie Röntgenstrahlung ), Schall oder jeden anderen abschwächten Strahl definieren. Die SI-Einheit des Massenschwächungskoeffizienten ist Quadratmeter pro Kilogramm ( m² /kg ). Weitere gebräuchliche Einheiten sind cm² ^/ g (die gebräuchlichste Einheit für Massenschwächungskoeffizienten von Röntgenstrahlung) und L⋅g⁻¹⋅cm⁻¹ ^{( manchmal in der} Lösungschemie verwendet). Der Begriff Massenextinktionskoeffizient ist eine ältere Bezeichnung für diese Größe ^{. [ 1 ]}

Der Massenschwächungskoeffizient kann als eine Variante des Absorptionsquerschnitts betrachtet werden , bei der die effektive Fläche pro Masseneinheit anstatt pro Teilchen definiert ist.

Der Massenschwächungskoeffizient ist definiert als wobei $${\displaystyle {\frac {\mu }{\rho _{m}}},}$$

• μ ist der Dämpfungskoeffizient (linearer Dämpfungskoeffizient);
• ρ _m ist die Massendichte .

Bei Verwendung des Massendämpfungskoeffizienten lautet das Beer-Lambert-Gesetz in alternativer Form: Hierbei ist die Flächendichte , auch Massendicke genannt, und die Länge, über die die Dämpfung stattfindet. $${\displaystyle I=I_{0}\,e^{-(\mu /\rho _{m})\lambda }}$$$${\displaystyle \lambda =\rho _{m}\ell }$$${\displaystyle \ell }$

Wenn ein schmaler ( kollimierter ) Strahl ein Volumen durchdringt, verliert der Strahl durch zwei Prozesse an Intensität: Absorption und Streuung .

Der Massenabsorptionskoeffizient und der Massenstreukoeffizient sind wie folgt definiert:$${\displaystyle {\frac {\mu _{\mathrm {a} }}{\rho _{m}}},\quad {\frac {\mu _{\mathrm {s} }}{\rho _{m}}},}$$

• μ _a ist der Absorptionskoeffizient;
• μ _s ist der Streukoeffizient.

In der Chemie werden Massenschwächungskoeffizienten häufig für in einer Lösung gelöste chemische Spezies verwendet . In diesem Fall wird der Massenschwächungskoeffizient durch dieselbe Gleichung definiert, wobei die „Dichte“ die Dichte nur dieser einen chemischen Spezies und die „Schwächung“ die durch diese eine chemische Spezies verursachte Schwächung angibt. Der tatsächliche Schwächungskoeffizient wird berechnet, indem jeder Summand den Massenschwächungskoeffizienten und die Dichte einer anderen Komponente der Lösung (einschließlich des Lösungsmittels ) darstellt. Dieses Konzept ist praktisch, da der Massenschwächungskoeffizient einer Spezies näherungsweise unabhängig von ihrer Konzentration ist (sofern bestimmte Annahmen erfüllt sind). $${\displaystyle \mu =(\mu /\rho )_{1}\rho _{1}+(\mu /\rho )_{2}\rho _{2}+\ldots ,}$$

Ein eng verwandtes Konzept ist die molare Absorptionsfähigkeit . Sie stehen in einem quantitativen Zusammenhang durch

(Massenabsorptionskoeffizient) × ( molare Masse ) = (molare Absorptionsfähigkeit).

Tabellen mit Photonen- Massenschwächungskoeffizienten sind in der radiologischen Physik, der Radiographie (für medizinische und sicherheitstechnische Zwecke), der Dosimetrie , der Beugung , der Interferometrie , der Kristallographie und anderen Bereichen der Physik unerlässlich. Die Photonen können in Form von Röntgenstrahlen , Gammastrahlen und Bremsstrahlung auftreten .

Die Werte der Massenschwächungskoeffizienten, basierend auf geeigneten Werten des Photonenquerschnitts , hängen von der Absorption und Streuung der einfallenden Strahlung ab, die durch verschiedene Mechanismen verursacht wird, wie zum Beispiel

• Rayleigh-Streuung (kohärente Streuung);
• Compton-Streuung (inkohärente Streuung);
• photoelektrische Absorption ;
• Paarerzeugung , Elektron-Positron-Erzeugung in den Feldern des Atomkerns und der Atom-Elektronen.

Die tatsächlichen Werte wurden eingehend geprüft und sind der Öffentlichkeit über drei Datenbanken des National Institute of Standards and Technology (NIST) zugänglich:

1. XAAMDI-Datenbank; ^{[ 2 ]}
2. XCOM-Datenbank; ^{[ 3 ]}
3. FFAST-Datenbank. ^{[ 4 ]}

Werden mehrere bekannte Chemikalien in einer Lösung gelöst, lassen sich die Konzentrationen der einzelnen Stoffe mithilfe einer Lichtabsorptionsanalyse berechnen. Zunächst müssen die Massenabsorptionskoeffizienten jedes einzelnen gelösten Stoffes bzw. Lösungsmittels, idealerweise über ein breites Wellenlängenspektrum, gemessen oder nachgeschlagen werden. Anschließend muss der Absorptionskoeffizient der eigentlichen Lösung bestimmt werden. Abschließend wird die Formel verwendet, um die Konzentrationen der einzelnen Stoffe zu berechnen.

${\displaystyle \mu =(\mu /\rho )_{1}\rho _{1}+(\mu /\rho )_{2}\rho _{2}+\ldots ,}$

Das Spektrum kann mithilfe von ρ₁, ρ₂, … als anpassbaren Parametern angepasst werden _, da μ und _jedes μ / ρᵢ Funktionen der Wellenlänge sind. Bei N gelösten Stoffen oder Lösungsmitteln benötigt dieses Verfahren mindestens N gemessene Wellenlängen _, um ein lösbares System simultaner Gleichungen zu erstellen , wobei die Verwendung von mehr Wellenlängen zuverlässigere Daten liefert.

• Absorptionskoeffizient
• Absorptionsquerschnitt
• Dämpfungslänge
• Dämpfung
• Bier-Lambert-Gesetz
• Frachtscanning
• Compton-Kante
• Compton-Streuung
• Querschnitt
• Hochenergetische Röntgenstrahlen
• Mittlere freie Weglänge
• Molarer Schwächungskoeffizient
• Ausbreitungskonstante
• Strahlungslänge
• Streutheorie
• Übertragung