Coefficient d'atténuation

Le coefficient d' atténuation linéaire , le coefficient d' atténuation ou le coefficient d' atténuation à faisceau étroit caractérise la facilité avec laquelle un volume de matériau peut être pénétré par un faisceau de lumière , de son , de particules ou de toute autre énergie ou matière . Une valeur de coefficient élevée représente un faisceau devenant « atténué » lorsqu'il traverse un milieu donné, tandis qu'une petite valeur représente que le milieu a eu peu d'effet sur la perte. L' unité SI du coefficient d'atténuation est le mètre réciproque (m ^-1 ). Le coefficient d'extinction est un terme ancien pour cette quantité, mais il est encore utilisé en météorologie et en climatologie . Le plus souvent, la quantité mesure la valeur de la distance de repliement e vers le bas de l'intensité d'origine lorsque l'énergie de l'intensité traverse une unité (par exemple un mètre) d'épaisseur de matériau, de sorte qu'un coefficient d'atténuation de 1 m ^-1 signifie qu'après en passant par 1 mètre, le rayonnement sera réduit d'un facteur e , et pour un matériau de coefficient 2 m ^-1 , il sera réduit de deux fois e , soit e ² . D'autres mesures peuvent utiliser un facteur différent de e , comme le coefficient d'atténuation décadaire ci-dessous. Le coefficient d'atténuation du faisceau large compte les rayonnements diffusés vers l'avant comme transmis plutôt qu'atténués, et s'applique davantage à la protection contre les rayonnements .

Aperçu

Le coefficient d'atténuation décrit dans quelle mesure le flux radiant d'un faisceau est réduit lorsqu'il traverse un matériau spécifique. Il est utilisé dans le cadre de :

Les rayons X ou les rayons gamma , où elle est notée μ et mesurée en cm ^-1 ;
neutrons et réacteurs nucléaires , où elle est appelée section transversale macroscopique (même si en fait il est une section de langue dimensions), noté Σ et mesurés en m ^-1 ;
l' atténuation des ultrasons , où il est noté α et mesuré en dB ⋅cm ^-1 ⋅MHz ^-1 ;
acoustique pour la caractérisation de la distribution de taille de particule , où elle est désignée α et mesurée en m ^-1 .

Le coefficient d'atténuation est appelé "coefficient d'extinction" dans le contexte de

transfert radiatif solaire et infrarouge dans l' atmosphère , bien qu'habituellement désigné par un autre symbole (étant donné l'utilisation standard de μ = cos θ pour les trajets obliques) ;

Un faible coefficient d'atténuation indique que le matériau en question est relativement transparent , tandis qu'une valeur plus élevée indique des degrés d' opacité plus élevés . Le coefficient d'atténuation dépend du type de matériau et de l'énergie du rayonnement. Généralement, pour un rayonnement électromagnétique, plus l'énergie des photons incidents est élevée et moins le matériau considéré est dense, plus le coefficient d'atténuation correspondant sera faible.

Définitions mathématiques

Coefficient d'atténuation d'un volume, notée μ , est défini comme étant

\mu =-{\frac {1}{\Phi _{\mathrm {e} }}}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm {e} }}{\mathrm { d} z}},

où

Φ _e est le flux radiant ;
z est la longueur de trajet du faisceau.

Coefficient d'atténuation spectrale hémisphérique

Coefficient d' atténuation spectrale hémisphérique en fréquence et spectrale hémisphérique en longueur d' onde coefficient d' atténuation d'un volume, noté um _v et um _X respectivement, sont définis comme

\mu _{\nu }=-{\frac {1}{\Phi _{\mathrm {e} ,\nu }}}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm { e} ,\nu }}{\mathrm {d} z}},

\mu _{\lambda }=-{\frac {1}{\Phi _{\mathrm {e} ,\lambda }}}{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathrm { e} ,\lambda }}{\mathrm {d} z}},

où

Φ _e,ν est le flux rayonnant spectral en fréquence ;
Φ _e,λ est le flux spectral de rayonnement en longueur d'onde .

Coefficient d'atténuation directionnelle

Le coefficient d'atténuation directionnelle d'un volume, noté μ _Ω , est défini comme

\mu _{\Omega }=-{\frac {1}{L_{\mathrm {e} ,\Omega }}}{\frac {\mathrm {d} L_{\mathrm {e} ,\ Oméga }}{\mathrm {d} z}},

où L _e,Ω est la luminance .

Coefficient d'atténuation directionnelle spectrale

Le coefficient d'atténuation directionnelle spectrale en fréquence et le coefficient d'atténuation directionnelle spectrale en longueur d' onde d'un volume, notés respectivement μ _Ω,ν et μ _Ω,λ , sont définis comme

{\begin{aligned}\mu _{\Omega ,\nu }&=-{\frac {1}{L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }}}{\frac {\ mathrm {d} L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\nu }}{\mathrm {d} z}},\\\mu _{\Omega ,\lambda }&=-{\frac {1} {L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }}}{\frac {\mathrm {d} L_{\mathrm {e} ,\Omega ,\lambda }}{\mathrm {d} z}} ,\end{aligné}}

où

L _e,Ω,ν est la radiance spectrale en fréquence ;
L _e,Ω,λ est la radiance spectrale en longueur d'onde .

Coefficients d'absorption et de diffusion

Lorsqu'un faisceau étroit ( collimaté ) traverse un volume, le faisceau perd de son intensité en raison de deux processus : l' absorption et la diffusion .

Le coefficient d'absorption d'un volume, notée μ _a et coefficient de diffusion d'un volume, notée μ _s , sont définis de la même manière que pour le coefficient d'atténuation.

Le coefficient d'atténuation d'un volume est la somme du coefficient d'absorption et du coefficient de diffusion :

{\begin{aligned}\mu &=\mu _{\mathrm {a} }+\mu _{\mathrm {s} },\\\mu _{\nu }&=\mu _{ \mathrm {a} ,\nu }+\mu _{\mathrm {s} ,\nu },\\\mu _{\lambda }&=\mu _{\mathrm {a} ,\lambda }+\ mu _{\mathrm {s} ,\lambda },\\\mu _{\Omega }&=\mu _{\mathrm {a} ,\Omega }+\mu _{\mathrm {s} ,\Omega },\\\mu _{\Omega ,\nu }&=\mu _{\mathrm {a} ,\Omega ,\nu }+\mu _{\mathrm {s} ,\Omega ,\nu }, \\\mu _{\Omega ,\lambda }&=\mu _{\mathrm {a} ,\Omega ,\lambda }+\mu _{\mathrm {s} ,\Omega ,\lambda }.\end {aligné}}

En regardant simplement le faisceau étroit lui-même, les deux processus ne peuvent pas être distingués. Cependant, si un détecteur est configuré pour mesurer le faisceau partant dans différentes directions, ou inversement en utilisant un faisceau non étroit, on peut mesurer combien de flux radiant perdu a été diffusé et combien a été absorbé.

Dans ce contexte, le « coefficient d'absorption » mesure la vitesse à laquelle le faisceau perdrait le flux radiant en raison de l'absorption seule , tandis que le « coefficient d'atténuation » mesure la perte totale d'intensité du faisceau étroit, y compris la diffusion. Le "coefficient d'atténuation du faisceau étroit" se réfère toujours sans ambiguïté à ce dernier. Le coefficient d'atténuation est au moins aussi grand que le coefficient d'absorption ; ils sont égaux dans le cas idéalisé de non-diffusion.

Coefficients d'atténuation, d'absorption et de diffusion de la masse

Le coefficient d' atténuation de masse , le coefficient d' absorption de masse et le coefficient de diffusion de masse sont définis comme

{\frac {\mu }{\rho _{m}}},\quad {\frac {\mu _{\mathrm {a} }}{\rho _{m}}},\quad { \frac {\mu _{\mathrm {s} }}{\rho _{m}}},

où ρ _m est la masse volumique .

Coefficients d'atténuation napierien et décadique

Coefficient d'atténuation décimal ou coefficient d'atténuation du faisceau étroit décimal , notée μ ₁₀ , est définie comme

\mu _{10}={\frac {\mu }{\ln 10}}.

Tout comme le coefficient d'atténuation habituel mesure le nombre de réductions de facteur e qui se produisent sur une unité de longueur de matériau, ce coefficient mesure le nombre de réductions de 10 fois : un coefficient décadaire de 1 m ⁻¹ signifie que 1 m de matériau réduit le rayonnement une fois par un facteur 10.

μ est parfois appelé coefficient d'atténuation napierien ou coefficient d'atténuation à faisceau étroit napierien plutôt que simplement "coefficient d'atténuation". Les termes « décadique » et « napierien » proviennent de la base utilisée pour l' exponentielle dans la loi de Beer-Lambert pour un échantillon de matériau, à laquelle participent les deux coefficients d'atténuation :

T=e^{-\int _{0}^{\ell }\mu (z)\mathrm {d} z}=10^{-\int _{0}^{\ell }\mu _{10}(z)\mathrm {d} z},

où

T est le facteur de transmission de l'échantillon de matériau ;
ℓ est la longueur du trajet du faisceau de lumière à travers l'échantillon de matériau.

En cas d' atténuation uniforme , ces relations deviennent

T=e^{-\mu \ell }=10^{-\mu _{10}\ell }.

Des cas d' atténuation non uniforme se produisent dans les applications de la science atmosphérique et la théorie de la protection contre les rayonnements par exemple.

Le coefficient d'atténuation (napérien) et le coefficient d'atténuation décanique d'un échantillon de matériau sont liés aux densités numériques et aux concentrations en quantité de ses espèces atténuantes en N comme

{\begin{aligned}\mu (z)&=\sum _{i=1}^{N}\mu _{i}(z)=\sum _{i=1}^{N} \sigma _{i}n_{i}(z),\\\mu _{10}(z)&=\sum _{i=1}^{N}\mu _{10,i}(z) =\sum _{i=1}^{N}\varepsilon _{i}c_{i}(z),\end{aligned}}

où

σ _i est la section efficace d'atténuation de l'espèce atténuante i dans l'échantillon de matériau ;
n _i est la densité numérique de l'espèce atténuante i dans l'échantillon de matériau ;
ε _i est le coefficient d'atténuation molaire de l'espèce atténuante i dans l'échantillon de matériau ;
c _i est la concentration en quantité de l'espèce atténuante i dans l'échantillon de matériau,

par définition de section efficace d'atténuation et de coefficient d'atténuation molaire.

La section efficace d'atténuation et le coefficient d'atténuation molaire sont liés par

\varepsilon _{i}={\frac {N_{\text{A}}}{\ln {10}}}\,\sigma _{i},

et la densité numérique et la concentration en quantité par

c_{i}={\frac {n_{i}}{N_{\text{A}}}},

où N _A est la constante d'Avogadro .

La couche de demi-valeur (HVL) est l'épaisseur d'une couche de matériau nécessaire pour réduire le flux radiant du rayonnement transmis à la moitié de sa magnitude incidente. La couche de demi-valeur est d'environ 69 % (ln 2) de la profondeur de pénétration . Les ingénieurs utilisent ces équations pour prédire l'épaisseur de blindage nécessaire pour atténuer le rayonnement jusqu'à des limites acceptables ou réglementaires.

Le coefficient d'atténuation est également inversement proportionnel au libre parcours moyen . De plus, elle est très étroitement liée à la section efficace d' atténuation .

Unités de radiométrie SI

Unités de radiométrie SI

v

t

e
Quantité		Unité		Dimension	Remarques
Nom	symbole	Nom	symbole	symbole	Remarques
Energie radiante	Q _e	joule	J	M ⋅ L ² ⋅ T ^-2	Énergie du rayonnement électromagnétique.
Densité d'énergie rayonnante	w _e	joule par mètre cube	J/m ³	M de la L ^-1 ⋅ T ^-2	Énergie rayonnante par unité de volume.
Flux radiant	Φ _e	watt	W = J/s	M ⋅ L ² ⋅ T ^-3	Énergie rayonnante émise, réfléchie, transmise ou reçue, par unité de temps. C'est ce qu'on appelle parfois aussi « puissance rayonnante ».
Flux spectral	Φ _{e, ν}	watt par hertz	W/ Hz	M ⋅ L ² ⋅ T ^-2	Flux radiant par unité de fréquence ou de longueur d'onde. Ce dernier est couramment mesuré en W⋅nm ^-1 .
Flux spectral	Φ _{e, λ}	watt par mètre	W/m	M ⋅ L ⋅ T ^-3
Intensité radiante	Je _e,Ω	watt par stéradian	avec sr	M ⋅ L ² ⋅ T ^-3	Flux radiant émis, réfléchi, transmis ou reçu, par unité d'angle solide. C'est une grandeur directionnelle .
Intensité spectrale	Je _e,Ω,ν	watt par stéradian par hertz	W⋅sr ^-1 ⋅Hz ^-1	M ⋅ L ² ⋅ T ^-2	Intensité radiante par unité de fréquence ou de longueur d'onde. Cette dernière est couramment mesurée en W⋅sr ^-1 nm ^-1 . C'est une grandeur directionnelle .
Intensité spectrale	Je _e,Ω,λ	watt par stéradian par mètre	W⋅sr ⁻¹ m ⁻¹	M ⋅ L ⋅ T ^-3
Éclat	L _e,Ω	watt par stéradian par mètre carré	W⋅sr ⁻¹ m ⁻²	M ⋅ T ^-3	Flux radiant émis, réfléchi, transmis ou reçu par une surface , par unité d'angle solide par unité de surface projetée. C'est une grandeur directionnelle . Ceci est parfois aussi appelé de manière confuse « intensité ».
Éclat spectral	L _e,Ω,ν	watt par stéradian par mètre carré par hertz	W⋅sr ^-1 m ^-2 ⋅Hz ^-1	M ⋅ T ^-2	Radiance d'une surface par unité de fréquence ou de longueur d'onde. Cette dernière est couramment mesurée en W⋅sr ^-1 m ^-2 nm ^-1 . C'est une grandeur directionnelle . Ceci est parfois aussi appelé de manière confuse « intensité spectrale ».
Éclat spectral	L _e,Ω,λ	watt par stéradian par mètre carré, par mètre	W⋅sr ⁻¹ m ⁻³	M de la L ^-1 ⋅ T ^-3
Densité de flux d' irradiance	E _e	watt par mètre carré	W/m ²	M ⋅ T ^-3	Flux radiant reçu par une surface par unité de surface. Ceci est parfois aussi appelé de manière confuse « intensité ».
Irradiance spectrale Densité de flux spectral	E _e,ν	watt par mètre carré par hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ^-2	Irradiance d'une surface par unité de fréquence ou de longueur d'onde. Ceci est parfois aussi appelé de manière confuse « intensité spectrale ». Les unités non-SI de densité de flux spectral comprennent jansky (1 Jy = 10 ⁻²⁶ W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹ ) et l'unité de flux solaire (1 sfu = 10 ⁻²² W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹ = 10 ⁴ Jy).
Irradiance spectrale Densité de flux spectral	E _e,λ	watt par mètre carré, par mètre	W/m ³	M de la L ^-1 ⋅ T ^-3
Radiosité	J _e	watt par mètre carré	W/m ²	M ⋅ T ^-3	Flux radiant laissant (émis, réfléchi et transmis par) une surface par unité de surface. Ceci est parfois aussi appelé de manière confuse « intensité ».
Radiosité spectrale	Je _,ν	watt par mètre carré par hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ^-2	Radiosité d'une surface par unité de fréquence ou de longueur d'onde. Cette dernière est couramment mesurée en W⋅m ^-2 nm ^-1 . Ceci est parfois aussi appelé de manière confuse « intensité spectrale ».
Radiosité spectrale	Je _,λ	watt par mètre carré, par mètre	W/m ³	M de la L ^-1 ⋅ T ^-3
Sortie rayonnante	M _e	watt par mètre carré	W/m ²	M ⋅ T ^-3	Flux radiant émis par une surface par unité de surface. C'est la composante émise de la radiosité. « Emittance rayonnante » est un ancien terme pour cette quantité. Ceci est parfois aussi appelé de manière confuse « intensité ».
Sortie spectrale	Moi _,ν	watt par mètre carré par hertz	W⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ^-2	Exitance radiante d'une surface par unité de fréquence ou de longueur d'onde. Cette dernière est couramment mesurée en W⋅m ^-2 nm ^-1 . « Emittance spectrale » est un ancien terme pour cette quantité. Ceci est parfois aussi appelé de manière confuse « intensité spectrale ».
Sortie spectrale	Moi _,λ	watt par mètre carré, par mètre	W/m ³	M de la L ^-1 ⋅ T ^-3
Exposition radiante	H _e	joule par mètre carré	J/m ²	M ⋅ T ^-2	Énergie rayonnante reçue par une surface par unité de surface, ou de manière équivalente irradiance d'une surface intégrée au cours du temps d'irradiation. Ceci est parfois aussi appelé "fluence rayonnante".
Exposition spectrale	Il _,ν	joule par mètre carré par hertz	J⋅m ⁻² ⋅Hz ⁻¹	M ⋅ T ^-1	Exposition radiante d'une surface par unité de fréquence ou de longueur d'onde. Cette dernière est couramment mesurée en J⋅m ^-2 nm ^-1 . Ceci est parfois aussi appelé "fluence spectrale".
Exposition spectrale	Il _,λ	joule par mètre carré, par mètre	J/m ³	M de la L ^-1 ⋅ T ^-2
Emissivité hémisphérique	??	N / A		1	Exitance radiante d'une surface , divisée par celle d'un corps noir à la même température que cette surface.
Emissivité spectrale hémisphérique	ε _ν ou ε _λ	N / A		1	Exitance spectrale d'une surface , divisée par celle d'un corps noir à la même température que cette surface.
Émissivité directionnelle	e _Ohm	N / A		1	Radiance émise par une surface , divisée par celle émise par un corps noir à la même température que cette surface.
Emissivité directionnelle spectrale	e _{Ohm, ν} ou e _{Ohm, λ}	N / A		1	Radiance spectrale émise par une surface , divisée par celle d'un corps noir à la même température que cette surface.
Absorption hémisphérique	UNE	N / A		1	Flux radiant absorbé par une surface , divisé par celui reçu par cette surface. Cela ne doit pas être confondu avec « absorbance ».
Absorptance spectrale hémisphérique	A _ν ou A _λ	N / A		1	Flux spectral absorbé par une surface divisé par celui reçu par cette surface. Cela ne doit pas être confondu avec " l' absorbance spectrale ".
Absorption directionnelle	A _Ω	N / A		1	Radiance absorbée par une surface , divisée par la radiance incidente sur cette surface. Cela ne doit pas être confondu avec « absorbance ».
Absorptance directionnelle spectrale	Un _Ω,ν ou un _,λ	N / A		1	Radiance spectrale absorbée par une surface , divisée par la radiance spectrale incidente sur cette surface. Cela ne doit pas être confondu avec " l' absorbance spectrale ".
Réflectance hémisphérique	R	N / A		1	Flux radiant réfléchi par une surface , divisé par celui reçu par cette surface.
Réflectance spectrale hémisphérique	R _ν ou R _λ	N / A		1	Flux spectral réfléchi par une surface divisé par celui reçu par cette surface.
Réflectance directionnelle	R _Ω	N / A		1	Radiance réfléchie par une surface , divisée par celle reçue par cette surface.
Réflectance directionnelle spectrale	R _,ν ou R _Ω,λ	N / A		1	Radiance spectrale réfléchie par une surface , divisée par celle reçue par cette surface.
Transmission hémisphérique	T	N / A		1	Flux rayonnant transmis par une surface divisé par celui reçu par cette surface.
Transmission spectrale hémisphérique	T _ν ou T _λ	N / A		1	Flux spectral transmis par une surface divisé par celui reçu par cette surface.
Transmission directionnelle	T _Ω	N / A		1	Radiance transmise par une surface , divisée par celle reçue par cette surface.
Transmission spectrale directionnelle	T _,ν ou T _Ω,λ	N / A		1	Radiance spectrale transmise par une surface , divisée par celle reçue par cette surface.
Coefficient d'atténuation hémisphérique	??	compteur réciproque	m ^-1	L ^-1	Flux radiant absorbé et diffusé par un volume par unité de longueur, divisé par celui reçu par ce volume.
Coefficient d'atténuation spectrale hémisphérique	μ _ν ou μ _λ	compteur réciproque	m ^-1	L ^-1	Flux radiant spectral absorbé et diffusé par un volume par unité de longueur, divisé par celui reçu par ce volume.
Coefficient d'atténuation directionnelle	um _Ohm	compteur réciproque	m ^-1	L ^-1	Radiance absorbée et diffusée par un volume par unité de longueur, divisée par celle reçue par ce volume.
Coefficient d'atténuation directionnelle spectrale	um _{Ohm, ν} ou um _{Ohm, λ}	compteur réciproque	m ^-1	L ^-1	Radiance spectrale absorbée et diffusée par un volume par unité de longueur, divisée par celle reçue par ce volume.
Voir aussi : SI · Radiométrie · Photométrie

Voir également

Les références

Liens externes

Coefficients d'absorption α des matériaux de construction et des finitions
Coefficients d'absorption acoustique pour certains matériaux courants
Tableaux des coefficients d'atténuation massique des rayons X et des coefficients d'absorption d'énergie massique de 1 keV à 20 MeV pour les éléments Z = 1 à 92 et 48 substances supplémentaires d'intérêt dosimétrique
IUPAC , Compendium de terminologie chimique , 2e éd. (le "Livre d'or") (1997). Version corrigée en ligne : (2006–) " Coefficient d'absorption ". doi : 10.1351/goldbook.A00037

Languages

In other projects

Coefficient d'atténuation - Attenuation coefficient

Contenu