Absorptionskoeffizient
Physik
Definition
Der Absorptionskoeffizient, auch Dämpfungskonstante oder linearer Schwächungskoeffizient, ist ein Maß für die Verringerung der Intensität elektromagnetischer Strahlung beim Durchgang durch ein gegebenes Material. Er wird in der Optik und in Bezug auf Röntgenstrahlung und Gammastrahlung verwendet. Sein übliches Formelsymbol ist in der Optik α (kleines alpha) und speziell bei Röntgen- und Gammastrahlung μ (kleines my). Das ist hier kurz vorgestellt.
Was heißt Intensität bei Strahlung?
Fasst man Strahlung als Strom von Teilchen auf, dann ist die Intensität die Anzahl der Teilchen die in jeder Zeiteinheit (z. B. pro Sekunde) eine bestimmte gedachte Fläche durchdringen. Als anschauliches Bild kann man an einen großen Zirkusreifen denken, durch den kleine Hunde springen. Die Anzahl der Hunde in jeder Minute, die durch den reifen springen, wäre dann die Intensität (Physik) ↗
Die Zählrate als Maß für die Intensität
In der Physik der Röntgen- und Gammastrahlung stellt man sich die Strahlung oft als Strom von kleinen Röntgen- oder Gammateilchen, den sogenannten Quanten vor. Jedes Quant, was dann in einer Messvorrichtung ankommt wird von dem Gerät registriert und gezählt. Die Zählrate gibt dann an, wie viele Teilchen pro Zeiteinheit (meist pro Sekunde) im Gerät ankommen. Das ist die sogenannte Zählrate, sie steht stellvertretend als Maß für die eigentliche Strahlungsintensität.
Was ist die Einheit des Absorptionskoeffizienten?
Die Dimension 1/Länge, die übliche Einheit ist 1/cm. Ein großer Absorptionskoeffizient bedeutet, dass das Material die betrachtete Strahlung relativ stark abschirmt, ein kleiner dagegen, dass es durchlässiger für die Strahlung ist.
Was heißt Absorption?
Absorption in der Physik heißt so viel wie die Aufnahme von Teilchen in einen Körper oder einen Stoff. Wenn also zum Beispiel Elektronen von einem Körper geschluckt werden, dann werden sie absorbiert. Siehe auch Absorption ↗
Was heißt Streuung?
Von Streuung spricht man üblicherweise im Zusammenhang mit teilchenartig gedachten Dingen. Streuung heißt dann, dass die Flugrichtung eines Teilchens geändert wird. Siehe auch Streuung ↗
===== Streuung und Absorption beim Absorptionskoeffizienten
Bei realen physikalischen Vorgängen mit werden oft nicht alle Teilchen von einem Körper im engeren Sinne wie oben definiert absorbiert sondern häufig auch gestreut. Die Teilchen bewegen sich dann nicht mehr in Richtung ihrer alten Flugbahn. Es kommen also weniger Teilchen bei einem Ziel in Verlängerung der ursprünglichen Flugbahn an. Aus Sicht dieses möglichen Zieles ist es daher unerheblich, ob die Teilchen wirklich absorbiert oder nur gestreut wurden. Daher macht es Sinn, die Wirkung beider Vorgänge hier in einem Koeffizienten zusammenzufassen.
Wie kann man den Absorptionskoeffizienten berechnen?
Viele Absorptionsvorgänge sind exponentiell, etwa die Absorption von Licht eim Eindringen in Wasser oder die Absorption von Röntgenstrahlung in einer Bleiplatte. Exponentiell heißt hier, dass die Intensität der Teilchentrahlung exponentiell von der zurückgelegten Strecke im absorbierenden Material abhängt.
Formel für den Absorptionskoeffizienten
- I(d) = I₀·eᵅᵈ
Legende
- I(d) = Intensität bei der Eindringtiefe d
- I₀ = Intensität vor Eintritt in das absorbierende Material
- e = etwa 2,718 Eulersche zahl ↗
- α = hochgestelltes kleines Alpha ist der Absorptionskoeffizient
- d = hochgestelltes kleines d ist die Eindringtiefe
Formel umstellen nach α
Die Formel ist mathematisch gesehen eine erweiterte Exponentialgleichung. Um den Absorptionskoeffizienten α zu berechnen, stellt man die Formel um nach dem Exponenten. Dabei werden beide Seiten logarithmiert. Man erhält dann:
- α = [ln von I(d)/I₀] durch d
Herleitung der Umstellung
Man teilt erst beide Seiten durch I₀, dann logarithmiert man beide Seiten mit den ln (natürlicher Logarithmus). Abschließend dividiert man beide Seiten durch die Eindringtiefe d. Für eine allgemein Vorgehensweise siehe unter Exponentialgleichung nach Exponent umstellen ↗