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¿Qué es el coeficiente de atenuación lineal y de masa? – Rayos X – Definición

Coeficiente de atenuación lineal y de masa - Rayos X. El coeficiente de atenuación lineal aumenta a medida que aumenta el número atómico del absorbente. El coeficiente de atenuación de masa se define como la relación entre el coeficiente de atenuación lineal y la densidad del absorbedor (μ / ρ). Propiedades del material [/ su_quote]

Los rayos X , también conocidos como radiación X , se refieren a la radiación electromagnética (sin masa en reposo, sin carga) de altas energías. Los rayos X son fotones de alta energía con longitudes de onda cortas y, por lo tanto, de muy alta frecuencia. La frecuencia de radiación es un parámetro clave de todos los fotones, porque determina la energía de un fotón. Los fotones se clasifican según las energías, desde las ondas de radio de baja energía y la radiación infrarroja, pasando por la luz visible, hasta los rayos X de alta energía y los rayos gamma .

La mayoría de los rayos X tienen una longitud de onda que varía de 0,01 a 10 nanómetros (3 × 10 16 Hz a 3 × 10 19 Hz), lo que corresponde a energías en el rango de 100 eV a 100 keV. Las longitudes de onda de los rayos X son más cortas que las de los rayos UV y, por lo general, más largas que las de los rayos gamma. La distinción entre rayos X y rayos gamma no es tan simple y ha cambiado en las últimas décadas. Según la definición actualmente válida, los rayos X son emitidos por electrones fuera del núcleo, mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo .

Coeficiente de atenuación lineal: rayos X

La atenuación de los rayos X se puede describir mediante la siguiente ecuación.

Yo = yo 0 .e -μx

, donde I es la intensidad después de la atenuación, I o es la intensidad incidente, μ es el coeficiente de atenuación lineal (cm -1 ) y el espesor físico del absorbente (cm).

Atenuación
Dependencia de la intensidad de la radiación gamma del espesor del absorbedor

Los materiales enumerados en la tabla son aire, agua y elementos diferentes desde el carbono ( Z = 6) hasta el plomo ( Z = 82) y sus coeficientes de atenuación lineal se dan para dos energías de rayos X. Hay dos características principales del coeficiente de atenuación lineal:

  • El coeficiente de atenuación lineal aumenta a medida que aumenta el número atómico del absorbente.
  • El coeficiente de atenuación lineal para todos los materiales disminuye con la energía de los rayos X.

Coeficiente de atenuación de masa

Al caracterizar un material absorbente, a veces podemos utilizar el coeficiente de atenuación de masa.  El coeficiente de atenuación de masa se define como la relación entre el coeficiente de atenuación lineal y la densidad del absorbedor (μ / ρ) . La atenuación de los rayos X se puede describir mediante la siguiente ecuación:

I = I 0 .e - (μ / ρ) .ρl

, donde ρ es la densidad del material, (μ / ρ) es el coeficiente de atenuación de masa y ρ.l es el espesor de masa. Unidad de medida utilizada para el coeficiente de atenuación de masa cm 2 g -1 . Para energías intermedias, la dispersión de Compton domina y los diferentes absorbedores tienen coeficientes de atenuación de masa aproximadamente iguales . Esto se debe al hecho de que la sección transversal de la dispersión de Compton es proporcional al Z (número atómico) y, por lo tanto, el coeficiente es proporcional a la densidad del material ρ. A valores pequeños de energía de rayos X, donde el coeficiente es proporcional a las potencias más altas del número atómico Z (para el efecto fotoeléctrico σ f ~ Z 3 ), el coeficiente de atenuación μ no es una constante.

Ver también calculadora:  actividad gamma a tasa de dosis (con / sin escudo)

Véase también XCOM - base de datos de secciones transversales de fotones :  XCOM: base de datos de secciones transversales de fotones

Ejemplo:

¿Cuánta filtración de agua necesita si desea reducir la intensidad de un haz de rayos X monoenergético de 100 keV ( haz estrecho ) al 1% de su intensidad incidente? La capa de valor medio para rayos X de 100 keV en agua es 4,15 cm y el coeficiente de atenuación lineal para rayos X de 100 keV en agua es 0,167 cm -1 . El problema es bastante simple y se puede describir con la siguiente ecuación:

Si la capa de valor medio para el agua es 4.15 cm, el coeficiente de atenuación lineal es:Ahora podemos usar la ecuación de atenuación exponencial:atenuación de rayos X: problema con la solución

Entonces, el espesor de agua requerido es de aproximadamente 27,58 cm . Este es un espesor relativamente grande y es causado por pequeños números atómicos de hidrógeno y oxígeno. Si calculamos el mismo problema para el plomo (Pb) , obtenemos el espesor x = 0.077 cm .

Coeficientes de atenuación lineal

Tabla de Coeficientes de Atenuación Lineal (en cm -1 ) para diferentes materiales a energías fotónicas de 100, 200 y 500 keV.

Amortiguador 100 keV 200 keV 500 keV
Aire   0,000195 / cm   0,000159 / cm   0,000112 / cm
Agua 0,167 / cm 0,136 / cm 0,097 / cm
Carbón 0,335 / cm 0,274 / cm 0,196 / cm
Aluminio 0,435 / cm 0,324 / cm 0,227 / cm
Planchar 2,72 / cm 1,09 / cm 0,655 / cm
Cobre 3,8 / cm 1,309 / cm 0,73 / cm
Dirigir 59,7 / cm 10,15 / cm 1,64 / cm

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References:

Protección de radiación:

  1. Knoll, Glenn F., Detección y medición de radiación, cuarta edición, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
  2. Stabin, Michael G., Protección radiológica y dosimetría: Introducción a la física de la salud, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
  3. Martin, James E., Física para la protección radiológica, tercera edición, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
  4. USNRC, CONCEPTOS DE REACTORES NUCLEARES
  5. Departamento de Energía, Física Nuclear y Teoría de Reactores de EE. UU. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.

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  1. JR Lamarsh, Introducción a la teoría de los reactores nucleares, 2ª ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
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Ver también:

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