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物理学では、電磁波の吸収とは、物質（典型的には原子に束縛された電子）が光子のエネルギーを吸収し、電磁エネルギーを吸収体の内部エネルギー（例えば熱エネルギー）に変換することです。[1]
電磁波の吸収による顕著な効果は、電磁波の減衰です。減衰とは、光波が媒体を 伝播する際に、光波の強度が徐々に減少することです。
通常、波の吸収はその強度に依存しません (線形吸収) が、特定の条件 (光学) では、媒体の透明度が波の強度の関数として変化する係数によって変化し、飽和吸収(または非線形吸収) が発生します。
吸収の定量化
放射線吸収を定量化できるアプローチは数多くありますが、主な例を以下に示します。
- 吸収係数とそれに密接に関連する導出量
- 減衰係数（注意：まれに「吸収係数」と同義語として使用される）[要出典]
- モル減衰係数（「モル吸光係数」とも呼ばれる）は、吸収係数をモル濃度で割った値です（ランベルト・ビールの法則も参照）。
- 質量減衰係数（「質量消滅係数」とも呼ばれる）は、吸収係数を密度で割ったものである。
- 吸収断面積と散乱断面積は、それぞれ吸収係数と減衰係数に密接に関係している。
- 天文学における「減光」は減衰係数に相当する。
- 放射線吸収のその他の尺度には、浸透深さと表皮効果、伝播定数、減衰定数、位相定数、複素波数、複素屈折率と消衰係数、複素誘電率、電気抵抗率と導電率が含まれます。
- 吸光度（「光学密度」とも呼ばれる）や光学的深さ（「光学的厚さ」とも呼ばれる）などの関連測定値
これらすべての量は、少なくともある程度、媒体が放射線をどの程度吸収するかを測定します。専門家がどの量を使用するかは、分野や技術によって異なりますが、多くの場合、単に慣習によるものです。
吸収の測定
物体の吸光度は、入射光が物体によって（反射または屈折されるのではなく）どれだけ吸収されるかを定量化します。これは、ランベルト・ビールの法則を通じて物体の他の特性と関連している可能性があります。
多くの波長での吸光度を正確に測定することで、吸収分光法による物質の識別が可能になります。吸収分光法では、サンプルを片側から照射し、サンプルからあらゆる方向に出る光の強度を測定します。吸収の例としては、紫外可視分光法、赤外分光法、X線吸収分光法などがあります。
アプリケーション
電磁放射の吸収を理解し、測定することにはさまざまな用途があります。
- 無線伝搬では、非見通し伝搬で表現されます。たとえば、衛星リンク設計で使用される大気中の電波減衰の計算を参照してください。
- 気象学と気候学では、地球全体の気温と地域的な気温は、大気中のガス（温室効果など）と陸地および海面（アルベドを参照）による放射の吸収に部分的に依存します。
- 医学では、X線は組織（特に骨）によって吸収される程度が異なり、これがX線画像診断の基礎となっています。
- 化学および材料科学では、さまざまな材料や分子がさまざまな周波数でさまざまな程度に放射線を吸収するため、材料の識別が可能になります。
- 光学では、サングラス、カラーフィルター、染料、その他の材料は、どの可視波長を吸収するか、またその割合を考慮して特別に設計されています。
- 生物学では、光合成生物は、適切な波長の光が葉緑体の活性領域内で吸収され、光エネルギーが糖や他の分子内で化学エネルギーに変換されることを必要とします。
- 物理学では、地球の電離層の D 領域は、高周波電磁スペクトル内の無線信号を大幅に吸収することが知られています。
- 原子核物理学では、核放射線の吸収は液体レベルの測定、密度測定、厚さ測定に利用されます。[2]
科学文献では、レーザーを使った鏡とレンズのシステムが「あらゆる材料が広範囲の角度からあらゆる光を吸収できるようにする」ことが知られている。[3]
参照
参考文献
- ^ Baird, Christopher S. (2019年9月). 「電磁波の吸収」 . AccessScience . McGraw-Hill. doi :10.1036/1097-8542.001600 . 2023年6月17日閲覧。
- ^ M. Falahati; et al. (2018). 「流体レベルを測定するための連続核ゲージの設計、モデリング、構築」。Journal of Instrumentation . 13 (2): 02028. Bibcode :2018JInst..13P2028F. doi :10.1088/1748-0221/13/02/P02028. S2CID 125779702.
- ^ 「アンチレーザーによりほぼ完璧な光吸収が可能に」Physics World 2022年8月31日。
- Thomas, Michael E. (2006 年 1 月)。線形媒体における光伝搬: 大気中のガスと粒子、固体コンポーネント、および水。オックスフォード大学出版局、米国。pp. 3... (第 1 章、第 2 章、第 7 章)。Bibcode : 2006oplm.book .....T. ISBN 978-0-19-509161-8。
{{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ) - ProfHoff、Ken Mellendorf、Vince Calder (2010 年 11 月)。「反射と吸収」。物理学アーカイブ - 科学者に聞く。アルゴンヌ国立研究所。2010 年 11 月 21 日にオリジナルからアーカイブ。2010年 11 月 14 日に取得。