Coeficiente de atenuación de masa

El coeficiente de atenuación de masa , o coeficiente de atenuación de masa de haz estrecho de un material, es el coeficiente de atenuación normalizado por la densidad del material; es decir, la atenuación por unidad de masa (en lugar de por unidad de distancia). Por lo tanto, caracteriza la facilidad con la que una masa de material puede ser penetrada por un haz de luz , sonido , partículas u otra energía o materia . ^[1] Además de la luz visible, los coeficientes de atenuación de masa se pueden definir para otras radiaciones electromagnéticas (como los rayos X ), el sonido o cualquier otro haz que pueda atenuarse. La unidad SI del coeficiente de atenuación de masa es el metro cuadrado por kilogramo ( m ² /kg ). Otras unidades comunes incluyen cm ² /g (la unidad más común para los coeficientes de atenuación de masa de rayos X) y L⋅g ⁻¹ ⋅cm ⁻¹ (a veces utilizado en química de soluciones). El coeficiente de extinción de masa es un término antiguo para esta cantidad. ^[1]

El coeficiente de atenuación de masa puede considerarse como una variante de la sección transversal de absorción donde el área efectiva se define por unidad de masa en lugar de por partícula.

El coeficiente de atenuación de masa se define como

${\displaystyle {\frac {\mu }{\rho _{m}}},}$

dónde

• μ es el coeficiente de atenuación (coeficiente de atenuación lineal);
• ρ _m es la densidad de masa .

Al utilizar el coeficiente de atenuación de masa, la ley de Beer-Lambert se escribe en forma alternativa como

${\displaystyle I=I_{0}\,e^{-(\mu /\rho _{m})\lambda }}$

dónde

${\displaystyle \lambda =\rho _ {m}\ell}$es la densidad del área conocida también como espesor de masa, y es la longitud sobre la cual tiene lugar la atenuación.${\displaystyle \ell}$

Cuando un haz estrecho ( colimado ) pasa a través de un volumen, el haz perderá intensidad debido a dos procesos: absorción y dispersión .

El coeficiente de absorción de masa y el coeficiente de dispersión de masa se definen como

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

dónde

• μ _a es el coeficiente de absorción;
• μ _s es el coeficiente de dispersión.

En química, los coeficientes de atenuación de masa se utilizan a menudo para una especie química disuelta en una solución . En ese caso, el coeficiente de atenuación de masa se define mediante la misma ecuación, excepto que la "densidad" es la densidad de solo esa especie química y la "atenuación" es la atenuación debida solo a esa especie química. El coeficiente de atenuación real se calcula mediante

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

donde cada término de la suma es el coeficiente de atenuación de masa y la densidad de un componente diferente de la solución (también debe incluirse el solvente ). Este es un concepto conveniente porque el coeficiente de atenuación de masa de una especie es aproximadamente independiente de su concentración (siempre que se cumplan ciertos supuestos ).

Un concepto estrechamente relacionado es la absortividad molar . Están relacionados cuantitativamente por

(coeficiente de atenuación de masa) × ( masa molar ) = (absortividad molar).

Las tablas de coeficientes de atenuación de masa de fotones son esenciales en física radiológica , radiografía (con fines médicos y de seguridad), dosimetría , difracción , interferometría , cristalografía y otras ramas de la física. Los fotones pueden presentarse en forma de rayos X , rayos gamma y radiación de frenado .

Los valores de los coeficientes de atenuación de masa, basados ​​en valores adecuados de la sección transversal del fotón , dependen de la absorción y dispersión de la radiación incidente causada por varios mecanismos diferentes, como

• Dispersión de Rayleigh (dispersión coherente);
• Dispersión Compton (dispersión incoherente);
• absorción fotoeléctrica ;
• producción de pares , producción electrón-positrón en los campos del núcleo y electrones atómicos.

Los valores reales han sido examinados exhaustivamente y están disponibles para el público general a través de tres bases de datos administradas por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST):

1. Base de datos XAAMDI; ^[2]
2. Base de datos XCOM; ^[3]
3. Base de datos FFAST. ^[4]

Si se disuelven varias sustancias químicas conocidas en una única solución, se pueden calcular las concentraciones de cada una de ellas mediante un análisis de absorción de luz. En primer lugar, se deben medir o buscar los coeficientes de atenuación de masa de cada soluto o disolvente individual, idealmente en un amplio espectro de longitudes de onda. En segundo lugar, se debe medir el coeficiente de atenuación de la solución real. Por último, utilizando la fórmula

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

El espectro se puede ajustar utilizando ρ ₁ , ρ ₂ , … como parámetros ajustables, ya que μ y cada μ / ρ _i son funciones de la longitud de onda. Si hay N solutos o solventes, este procedimiento requiere al menos N longitudes de onda medidas para crear un sistema resoluble de ecuaciones simultáneas , aunque el uso de más longitudes de onda proporciona datos más confiables.

• Coeficiente de absorción
• Sección transversal de absorción
• Longitud de atenuación
• Atenuación
• Ley de Beer-Lambert
• Escaneo de carga
• Borde de Compton
• Dispersión Compton
• Sección transversal
• Rayos X de alta energía
• Trayectoria libre media
• Coeficiente de atenuación molar
• Constante de propagación
• Longitud de radiación
• Teoría de la dispersión
• Transmitancia