감쇠

3. 초음파

초음파 물리학에서 감쇠는 영상 매질을 통과하는 거리에 따라 초음파 빔의 진폭이 감소하는 현상이다. 초음파 감쇠 효과를 고려하는 것은 신호 진폭 감소가 영상 품질에 영향을 미칠 수 있기 때문에 중요하다. 초음파 빔이 매질을 통과하면서 겪는 감쇠를 알면, 원하는 영상 깊이에서 에너지 손실을 보상하기 위해 입력 신호 진폭을 조정할 수 있다.^[2]

초음파 감쇠는 에멀젼이나 콜로이드와 같은 불균일 시스템에서 입자 크기 분포 정보를 제공하며(이 기술에 대한 ISO 표준이 존재한다^[3]), 신장 유변학 측정에도 사용된다. 음향 유변계는 신장 점도 및 체적 점도 측정을 위해 스토크스 법칙을 사용한다.^[4]

3. 1. 감쇠 계수

4. 물에서의 빛 감쇠

태양에서 방출되는 단파 복사는 360 nm(보라색)에서 750 nm(빨간색)에 이르는 가시광선 스펙트럼 파장을 갖는다. 태양 복사가 해수면에 도달하면 단파 복사는 물에 의해 감쇠되고 빛의 세기는 수심에 따라 지수적으로 감소한다. 수심에서의 빛의 세기는 비어-람베르트 법칙을 사용하여 계산할 수 있다.

맑은 대양의 물에서는 가시광선이 가장 긴 파장에서 가장 강하게 흡수된다. 따라서 빨간색, 주황색, 노란색 파장은 얕은 깊이에서 완전히 흡수되는 반면, 파란색 및 보라색 파장은 수주 깊숙이 도달한다. 파란색 및 보라색 파장이 다른 파장에 비해 가장 적게 흡수되기 때문에 대양의 물은 육안으로 짙은 청색으로 보인다.

해안 근처의 연안수는 매우 맑은 대양수보다 더 많은 식물 플랑크톤을 포함한다. 식물 플랑크톤의 엽록소-a 색소는 빛을 흡수하고, 식물 자체가 빛을 산란시켜 연안수를 대양수보다 덜 맑게 만든다. 엽록소-a는 가시광선 스펙트럼의 가장 짧은 파장(파란색 및 보라색)에서 가장 강하게 빛을 흡수한다. 식물 플랑크톤 농도가 높은 연안수에서는 녹색 파장이 수주에서 가장 깊숙이 도달하고 물의 색이 청록색 또는 녹색으로 보인다.

5. 지진

지진 에너지는 거리에 따라 감쇠되며, 지반 운동 강도 신호 감쇠는 강력한 지반 진동 가능성 평가에 중요하게 작용한다.^[18] 지진파는 지구를 통과하면서 에너지를 잃는데, 이를 '''지진 감쇠'''라고 부른다. 이 현상은 지진 에너지의 거리와 함께 분산되는 것과 관련이 있다. 소산되는 에너지에는 두 가지 유형이 있다.

• 더 넓은 부피로 지진 에너지가 분산되어 발생하는 기하학적 분산
• 열로 소산되는 분산 (고유 감쇠 또는 비탄성 감쇠)

6. 전자기파

전자기파의 세기 감소는 광자의 흡수와 산란으로 인해 발생한다. 역제곱 법칙에 따른 기하학적 확산은 감쇠에 포함되지 않는다. 따라서 세기의 총 변화는 역제곱 법칙과 경로에 의한 감쇠를 모두 고려하여 계산해야 한다.

물질 내 감쇠의 주요 원인은 광전 효과, 컴프턴 산란이며, 1.022 MeV 이상의 광자 에너지에서는 쌍생성이 있다.^[1]

6. 1. 동축 및 일반 RF 케이블

6. 2. 방사선 촬영

6. 3. 광학

6. 3. 1. 광 산란

6. 3. 2. UV-Vis-IR 흡수

• 전자 수준: 전자 궤도가 자외선 및 가시광선 영역의 특정 파장 또는 주파수의 광자를 흡수할 수 있는 간격(양자화)을 가지고 있는지에 따라 달라진다. 이것이 색의 원인이다.
• 원자 또는 분자 수준: 원자 및 분자, 화학 결합의 진동 주파수, 원자나 분자의 밀집도, 그리고 원자나 분자가 장거리 질서를 나타내는지 여부에 따라 달라진다. 이러한 요소는 물질의 적외선, 원적외선, 마이크로파, 전파 등 장파장 전자기파 전달 능력에 영향을 준다.

7. 응용

광섬유에서 감쇠는 신호 빛의 세기가 감소하는 속도이다. 이러한 이유로 장거리 광케이블에는 감쇠가 낮은 유리 섬유가 사용되며, 플라스틱 섬유는 감쇠가 더 높으므로 거리가 짧다. 또한 광섬유 케이블에서 의도적으로 신호를 감소시키는 광 감쇠기가 존재한다.

빛의 감쇠는 해양 물리학에서도 중요하다. 이러한 동일한 효과는 기상 레이더에서 중요한 고려 사항으로, 빗방울은 사용된 파장에 따라 어느 정도 상당한 방출 빔의 일부를 흡수한다.

고에너지 광자는 생체 조직에 대한 손상 효과를 가지므로, 의료 진단 중에 그러한 방사선을 사용하는 경우에는 그 정도를 알아야 한다. 또한 감마 방사선은 암 치료에 사용되며 건강한 조직과 종양 조직에 얼마나 많은 에너지가 축적되는지를 알 필요가 있다.

컴퓨터 그래픽스에서 감쇠는 광원 및 힘장의 지역적 또는 전역적 영향을 정의한다.

CT 촬영에서 감쇠는 이미지의 밀도 또는 어두움을 나타낸다.

현대 무선 통신에서도 감쇠는 중요하다. 무선 신호의 도달 범위는 감쇠에 의해 결정되며, 감쇠는 신호가 전파되는 매질(공기, 목재, 콘크리트, 빗방울 등)의 영향을 받는다.

참조

_[1] 서적 Essentials of Ultrasound Physics Mosby Inc. 1996
_[2] 서적 Diagnostic Ultrasound Mosby Inc. 1991
_[3] 표준 Measurement and characterization of particles by acoustic methods
_[4] 논문 On a Fractional Zener Elastic Wave Equation https://arxiv.org/ab[...] 2013
_[5] 논문 On the theories of the internal friction in fluids in motion, and of the equilibrium and motion of elastic solids 1845
_[6] 논문 Ueber den Einfluss der Wärmeleitung in einem Gase auf die Schallbewegung https://doi.org/10.1[...] 1868
_[7] 논문 On the dispersion relation for compressible Navier-Stokes Equations https://hal.archives[...]
_[8] 논문 A Review of Tissue Substitutes for Ultrasound Imaging http://www.umbjourna[...] 2013-04-16
_[9] 논문 Ultrasound attenuation dependence on air temperature in closed chambers https://www.ndt.net/[...] 2008
_[10] 서적 Absorption and Scattering of Light by Small Particles Wiley 1983
_[11] 서적 Ultrasound for characterizing colloids Elsevier 2002
_[12] 논문 Seismic wave attenuation and dispersion resulting from wave-induced flow in porous rocks — A review 2010-09
_[13] 서적 Attenuation and Dispersion of Elastic Waves in Porous Rocks: Mechanisms and models https://library.seg.[...] Society of Exploration Geophysicists 2023-02-26
_[14] 웹사이트 Technical Information – Coaxial Transmission Lines http://www2.rfsworld[...]
_[15] 웹사이트 X-Ray Physics: X-Ray Interaction with Matter, X-Ray Contrast, and Dose – XRayPhysics http://xrayphysics.c[...] 2018-09-21
_[16] 논문 Light Scattering by Inhomogeneous Media 1926
_[17] 논문 Scattering from infrared missile domes 1978
_[18] 서적 Essentials of Ultrasound Physics Mosby Inc. 1996
_[19] 서적 Diagnostic Ultrasound Mosby Inc. 1991
_[20] 표준 Measurement and characterization of particles by acoustic methods
_[21] 논문 On a Fractional Zener Elastic Wave Equation
_[22] 논문 A Review of Tissue Substitutes for Ultrasound Imaging 2010
_[23] 논문 Ultrasound attenuation dependence on air temperature in closed chambers http://www.ndt.net/a[...]
_[24] 서적 Absorption and Scattering of Light by Small Particles Wiley 1983
_[25] 서적 Ultrasound for characterizing colloids Elsevier 2002
_[26] 논문 Telecommunications: A Boost for Fibre Optics 2002
_[27] 뉴스 Fibre Optics http://floti.bell.ac[...] Bell College
_[28] 논문 The Scattering of Light Academic, New York 1909
_[29] 논문 Light Scattering by Inhomogeneous Media 1926
_[30] 논문 Scattering from infrared missile domes
_[31] 웹사이트 한국물리학회 물리학용어집 https://www.kps.or.k[...]
_[32] 웹사이트 대한화학회 화학술어집 https://new.kcsnet.o[...]
_[33] 웹사이트 한국물리학회 물리학용어집 https://www.kps.or.k[...]
_[34] 웹사이트 대한화학회 화학술어집 https://new.kcsnet.o[...]