معامل التوهين الكتلي

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة
معاملات التوهين الكتلي لنظائر مختارة لفوتونات الأشعة السينية ذات طاقات تصل إلى 250 كيلو إلكترون فولت.

معامل التوهين الكتلي ، أو معامل التوهين الكتلي للحزمة الضيقة لمادة ما، هو معامل التوهين مُقسَّمًا على كثافة المادة؛ أي التوهين لكل وحدة كتلة (وليس لكل وحدة مسافة). وبالتالي، فهو يُحدد مدى سهولة اختراق كتلة من المادة بواسطة حزمة من الضوء أو الصوت أو الجسيمات أو أي طاقة أو مادة أخرى . [ 1 ] بالإضافة إلى الضوء المرئي، يمكن تعريف معاملات التوهين الكتلي لأنواع أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي (مثل الأشعة السينية )، أو الصوت ، أو أي حزمة أخرى قابلة للتوهين. وحدة النظام الدولي للوحدات (SI) لمعامل التوهين الكتلي هي المتر المربع لكل كيلوغرام ( م² /كغ ). تشمل الوحدات الشائعة الأخرى سم² / غ (الوحدة الأكثر شيوعًا لمعاملات التوهين الكتلي للأشعة السينية) و لتر / غ / سم (تُستخدم أحيانًا في كيمياء المحاليل). يُعد مصطلح "معامل الانقراض الكتلي" مصطلحًا قديمًا لهذه الكمية. [ 1 ]

يمكن اعتبار معامل التوهين الكتلي بمثابة شكل مختلف من مقطع الامتصاص حيث يتم تعريف المساحة الفعالة لكل وحدة كتلة بدلاً من كل جسيم.

التعريفات الرياضية

يُعرَّف معامل التوهين الكتلي على النحو التالي :μρم،{\displaystyle {\frac {\mu }{\rho _{m}}},} أين

عند استخدام معامل التوهين الكتلي، يُكتب قانون بير-لامبرت بصيغة بديلة كما يلي:أنا=أنا0هـ-(μ/ρم)λ{\displaystyle I=I_{0}\,e^{-(\mu /\rho _{m})\lambda }} أين λ=ρمℓ{\displaystyle \lambda =\rho _{m}\ell }هي كثافة المساحة ، والمعروفة أيضاً باسم سمك الكتلة، وℓ{\displaystyle \ell }هو الطول الذي يحدث فيه التوهين.

معاملات امتصاص الكتلة والتشتت

عندما يمر شعاع ضيق ( متوازي ) عبر حجم ما، فإن الشعاع سيفقد شدته لعمليتين: الامتصاص والتشتت .

يُعرَّف معامل امتصاص الكتلة ومعامل تشتت الكتلة على النحو التالي:μأρم،μsρم،{\displaystyle {\frac {\mu _{\mathrm {a} }}{\rho _{m}}},\quad {\frac {\mu _{\mathrm {s} }}{\rho _{m}}},} أين

  • μ a هو معامل الامتصاص؛
  • μ s هو معامل التشتت.

في المحاليل

في الكيمياء، تُستخدم معاملات التوهين الكتلي غالبًا لوصف نوع كيميائي مذاب في محلول . في هذه الحالة، يُعرَّف معامل التوهين الكتلي بالمعادلة نفسها، باستثناء أن "الكثافة" هنا هي كثافة ذلك النوع الكيميائي فقط، و"التوهين" هو التوهين الناتج عن ذلك النوع الكيميائي فقط. ويُحسب معامل التوهين الفعلي بواسطةμ=(μ/ρ)1ρ1+(μ/ρ)2ρ2+...،{\displaystyle \mu =(\mu /\rho )_{1}\rho _{1}+(\mu /\rho )_{2}\rho _{2}+\ldots ,} حيث يمثل كل حد في المجموع معامل امتصاص الكتلة وكثافة مكون مختلف من المحلول ( يجب تضمين المذيب أيضًا). وهذا مفهوم ملائم لأن معامل امتصاص الكتلة لنوع كيميائي ما يكون مستقلاً تقريبًا عن تركيزه (طالما تحققت بعض الافتراضات ).

مفهوم وثيق الصلة هو الامتصاصية المولية . وهما مرتبطان كمياً من خلال

(معامل التوهين الكتلي) × ( الكتلة المولية ) = (الامتصاصية المولية).

الأشعة السينية

معامل التوهين الكتلي للحديد مع مصادر التوهين المساهمة: التشتت المتماسك ، والتشتت غير المتماسك ، والامتصاص الكهروضوئي ، ونوعان من إنتاج الأزواج . يعود عدم استمرارية قيم الامتصاص الكهروضوئي إلى حافة K. بيانات الرسم البياني مأخوذة من قاعدة بيانات XCOM التابعة للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) .
تم عرض قيم معامل التوهين الكتلي لجميع العناصر ذات العدد الذري Z الأقل من 100، والتي تم جمعها للفوتونات ذات الطاقات من 1 كيلو إلكترون فولت إلى 20 ميجا إلكترون فولت. وتعود الانقطاعات في القيم إلى حواف الامتصاص ، والتي تم عرضها أيضًا.

تُعدّ جداول معاملات امتصاص كتلة الفوتونات أساسية في الفيزياء الإشعاعية ، والتصوير الإشعاعي (للأغراض الطبية والأمنية)، وقياس الجرعات ، والحيود ، والتداخل الضوئي ، وعلم البلورات ، وفروع أخرى من الفيزياء. ويمكن أن تكون الفوتونات على شكل أشعة سينية ، وأشعة غاما ، وأشعة كبح الإشعاع .

تعتمد قيم معاملات التوهين الكتلي، المستندة إلى القيم المناسبة للمقطع العرضي للفوتون ، على امتصاص وتشتت الإشعاع الساقط الناتج عن عدة آليات مختلفة مثل

تم فحص القيم الفعلية بدقة وهي متاحة للجمهور من خلال ثلاث قواعد بيانات يديرها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST):

  1. قاعدة بيانات XAAMDI؛ [ 2 ]
  2. قاعدة بيانات XCOM؛ [ 3 ]
  3. قاعدة بيانات FFAST. [ 4 ]

حساب تركيب المحلول

إذا تم إذابة عدة مواد كيميائية معروفة في محلول واحد، يمكن حساب تركيز كل منها باستخدام تحليل امتصاص الضوء. أولًا، يجب قياس أو البحث عن معاملات امتصاص الكتلة لكل مادة مذابة أو مذيب على حدة، ويفضل أن يكون ذلك عبر طيف واسع من الأطوال الموجية. ثانيًا، يجب قياس معامل امتصاص المحلول نفسه. أخيرًا، باستخدام الصيغة

μ=(μ/ρ)1ρ1+(μ/ρ)2ρ2+...،{\displaystyle \mu =(\mu /\rho )_{1}\rho _{1}+(\mu /\rho )_{2}\rho _{2}+\ldots ,}

يمكن مطابقة الطيف باستخدام ρ₁ ، ρ₂ ، ... كمعاملات قابلة للتعديل، لأن μ وكل μ / ρᵢ دالتان للطول الموجي. إذا كان هناك N من المذابات أو المذيبات ، فإن هذه العملية تتطلب N طولًا موجيًا مقاسًا على الأقل لإنشاء نظام قابل للحل من المعادلات الآنية ، مع العلم أن استخدام عدد أكبر من الأطوال الموجية يُعطي بيانات أكثر موثوقية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " معامل التوهين ". doi : 10.1351/goldbook.A00516
  2. ↑ هوبل، جيه إتش ؛ سيلتزر، إس إم. "جداول معاملات امتصاص كتلة الأشعة السينية ومعاملات امتصاص طاقة الكتلة" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) . تم الاطلاع عليه في 2 نوفمبر 2007 .
  3. ↑ إم جيه بيرجر؛ جيه إتش هوبل ؛ إس إم سيلتزر؛ جيه تشانغ؛ جيه إس كورسي؛ آر سوكومار؛ دي إس زوكر. "إكس كوم: قاعدة بيانات المقاطع العرضية للفوتون" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 نوفمبر 2007 .
  4. ↑ شانتلر، سي تي؛ أولسن، ك؛ دراغوسيت، آر إيه؛ تشانغ، ج؛ كيشور، إيه آر؛ كوتوشيغوفا، إس إيه ؛ زوكر، دي إس. "جداول عامل شكل الأشعة السينية، والتوهين، والتشتت (الإصدار 2.1)" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) . تم الاطلاع عليه في 2 نوفمبر 2007 .