Coeficiente de atenuação de massa - Mass attenuation coefficient

O coeficiente de atenuação de massa ou coeficiente de atenuação de feixe estreito de massa do volume de um material caracteriza a facilidade com que pode ser penetrado por um feixe de luz , som , partículas ou outra energia ou matéria . Além da luz visível, os coeficientes de atenuação de massa podem ser definidos para outra radiação eletromagnética (como raios-X ), som ou qualquer outro feixe que possa ser atenuado. O coeficiente de atenuação da unidade SI de massa é o metro quadrado por quilograma ( m 2 / kg ). Outras unidades comuns incluem cm 2 / g (a unidade mais comum para coeficientes de atenuação de massa de raios-X) e mL⋅g −1 ⋅cm −1 (às vezes usado em química de solução). O coeficiente de extinção em massa é um termo antigo para essa quantidade.

O coeficiente de atenuação de massa pode ser pensado como uma variante da seção transversal de absorção, onde a área efetiva é definida por unidade de massa em vez de por partícula.

Definições matemáticas

O coeficiente de atenuação de massa é definido como

Onde

Ao usar o coeficiente de atenuação de massa, a lei de Beer-Lambert é escrita de forma alternativa como

Onde

é a densidade de área, também conhecida como espessura de massa, e é o comprimento sobre o qual ocorre a atenuação.

Absorção de massa e coeficientes de espalhamento

Quando um feixe estreito ( colimado ) passa por um volume, ele perde intensidade para dois processos: absorção e espalhamento .

O coeficiente de absorção de massa e o coeficiente de dispersão de massa são definidos como

Onde

  • μ a é o coeficiente de absorção;
  • μ s é o coeficiente de espalhamento.

Em soluções

Em química, os coeficientes de atenuação de massa são freqüentemente usados ​​para uma espécie química dissolvida em uma solução . Nesse caso, o coeficiente de atenuação de massa é definido pela mesma equação, exceto que a "densidade" é a densidade de apenas uma espécie química, e a "atenuação" é a atenuação devida a apenas aquela espécie química. O coeficiente de atenuação real é calculado por

onde cada termo na soma é o coeficiente de atenuação de massa e a densidade de um componente diferente da solução (o solvente também deve ser incluído). Este é um conceito conveniente porque o coeficiente de atenuação de massa de uma espécie é aproximadamente independente de sua concentração (desde que certas suposições sejam atendidas).

Um conceito intimamente relacionado é a absortividade molar . Eles são quantitativamente relacionados por

(coeficiente de atenuação de massa) × ( massa molar ) = (absortividade molar).

raios X

Coeficiente de atenuação de massa de ferro com fontes contribuintes de atenuação: espalhamento coerente , espalhamento incoerente , absorção fotoelétrica e dois tipos de produção de pares . A descontinuidade dos valores de absorção fotoelétrica é devido ao K-edge . Os dados do gráfico vieram do banco de dados XCOM do NIST .
Valores de coeficiente de atenuação de massa mostrados para todos os elementos com número atômico Z menor que 100 coletados para fótons com energias de 1 keV a 20 MeV. As descontinuidades nos valores são devidas às bordas de absorção também apresentadas.

Tabelas de coeficientes de atenuação de massa de fótons são essenciais em física radiológica , radiografia (para fins médicos e de segurança), dosimetria , difração , interferometria , cristalografia e outros ramos da física. Os fótons podem ser na forma de raios X , raios gama e bremsstrahlung .

Os valores dos coeficientes de atenuação de massa, com base em valores adequados da seção transversal dos fótons , são dependentes da absorção e espalhamento da radiação incidente causada por vários mecanismos diferentes, como

Os valores reais foram examinados minuciosamente e estão disponíveis ao público em geral por meio de três bancos de dados administrados pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST):

  1. Banco de dados XAAMDI;
  2. Banco de dados XCOM;
  3. Banco de dados FFAST.

Calculando a composição de uma solução

Se vários produtos químicos conhecidos são dissolvidos em uma única solução, as concentrações de cada um podem ser calculadas usando uma análise de absorção de luz. Primeiro, os coeficientes de atenuação de massa de cada soluto ou solvente individual, idealmente em um amplo espectro de comprimentos de onda, devem ser medidos ou pesquisados. Em segundo lugar, o coeficiente de atenuação da solução real deve ser medido. Finalmente, usando a fórmula

o espectro pode ser ajustado usando ρ 1 , ρ 2 ,… como parâmetros ajustáveis, uma vez que μ e cada μ / ρ i são funções do comprimento de onda. Se houver N solutos ou solventes, este procedimento requer pelo menos N comprimentos de onda medidos para criar um sistema solucionável de equações simultâneas , embora o uso de mais comprimentos de onda forneça dados mais confiáveis.

Veja também

Referências