Radiomeetria

Radiomeetria on füüsikas elektromagnetkiirguse energia ja selle jaotuse mõõtmine; geoloogias maakoore loodusliku radioaktiivsuse mõõtmise meetod. Radiomeetrias mõõdetakse elektromagnetkiirgusena leviva energia jaotust ruumis. Kuna inimsilma tundlikkus on eri lainepikkustel oluliselt erisugune, siis valguse nähtavuse iseloomustamiseks kasutatakse radiomeetriliste suuruste asemel fotomeetrilisi suurusi. Kiirgusvoog (ingl k radiant flux) on energiahulk, mida kiirgus kannab ajaühikus läbi mingi pinna. See on radiomeetria põhisuurus. Kiirgusvoo ühik on vatt. Φ e = ∫ Σ ⟨ S → ⟩ d Σ {\displaystyle \Phi _{e}=\int _{\Sigma }\left\langle {\vec {S}}\right\rangle \,d\Sigma } Siin Σ {\displaystyle \Sigma } on mingi pind, üle mille integreeritakse ja S → {\displaystyle {\vec {S}}} on Poyntingi vektor. Kui meid huvitab kiirgusvoo spektraalne jaotus, siis kasutatakse suurust kiirgusvoo spektraalne tihedus, mis iseloomustab kiirgusvoo hulka spektrivahemikus (λ,λ+dλ): ϕ e , λ = d Φ e ( λ ) d λ {\displaystyle \phi _{e,\lambda }={\frac {d\Phi _{e}(\lambda )}{d\lambda }}} Kuigi kiirgusvoo spektraalse tiheduse põhiühik on W/m, on tihti praktilisem ühik W/nm. Kiirgustugevus (ingl k radiant intensity) I e {\displaystyle I_{e}} iseloomustab kiirgavalt kehalt lähtuvat kiirgusvoogu ja on määratud ruumielementi d Ω {\displaystyle d\Omega } sattuva kiirgusvooga. I e , Ω = d Φ e d Ω , {\displaystyle I_{\mathrm {e} ,\Omega }={\frac {{\text{d}}\Phi _{\mathrm {e} }}{{\text{d}}\Omega }},} Seega on kiirgustugevuse dimensioon W/sr. Üldjuhul sõltub kiirgustugevus suunast: J e = J e ( θ , ϕ ) {\displaystyle J_{e}=J_{e}(\theta ,\phi )} ja kogu kehalt lähtuva kiirgusvoo saab integreerides üle kogu ruuminurga: Φ e , k o g u = ∫ 4 π J e ( θ , ϕ ) d Ω {\displaystyle \Phi _{e,kogu}=\int _{4\pi }J_{e}(\theta ,\phi )\,d\Omega } Isotroopse kiirguri puhul Φ e , k o g u = 4 π J e {\displaystyle \Phi _{e,kogu}=4\,\pi J_{e}} . Kiirgustugevus võib sõltuda ka lainepikkusest. Sel juhul räägitakse kiirgustugevuse spektraalsest tihedusest: j e , λ = d J e ( λ ) d λ {\displaystyle j_{e,\lambda }={\frac {dJ_{e}(\lambda )}{d\lambda }}} Kirkus (ing. k radiance) iseloomustab ruumi- ja mittepunktvalgusallikate kiiratud valgust. Mõõdetakse kiirgusvoogu d Φ e {\displaystyle d\Phi _{e}} antud suunas ruuminurka d Ω {\displaystyle d\Omega } sõltuvana nähtava pinna suurusest d Σ ⋅ cos ⁡ ( θ ) {\displaystyle d\Sigma \cdot \cos(\theta )}  : L e = d Φ e d Σ cos ⁡ ( θ ) d Ω {\displaystyle L_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{d\Sigma \cos(\theta )d\Omega }}} Kirkuse dimensioon on W/(m²sr). Kui kiirguri pinnalt levib kiirgus igas suunas ühtemoodi (isotroopne kiirgur), siis d Ψ e = L e ⋅ d Σ ⋅ cos ⁡ ( θ ) ⋅ d Ω {\displaystyle d\Psi _{e}=L_{e}\cdot d\Sigma \cdot \cos(\theta )\cdot d\Omega } ehk kiirgusvoog sõltub siis ainult nähtava pinna suurusest – sisuliselt ainult kiirguri pinna nurgast. Selliseid valgusallikaid nimetatakse Lamberti kiirguriteks ja neid iseloomustab Lamberti seadus. Sellisteks kiirgusallikateks on näiteks absoluutselt must keha või mattklaasiga lamp. Kirkusega iseloomustatakse ka passiivseid kiirgureid ehk peegeldajaid. Kiirgavuseks (ingl k radiant excitance) nimetatakse kogu kiirgusvoogu pinnaelemendilt: M e = d Φ d Σ {\displaystyle M_{e}={\frac {d\Phi }{d\Sigma }}} Kiirgavuse mõõtühik on W/m² (watt ruutmeetrilt). Kiirgavuse spektraalne tihedus: m e , λ = d M e ( λ ) d λ {\displaystyle m_{e,\lambda }={\frac {\,dM_{e}(\lambda )}{d\lambda }}} . Vastavalt Lamberti koosinusseadusele M e = π L e {\displaystyle M_{e}=\,\pi L_{e}} . Kiiritustiheduseks (ingl k irradiance) nimetatakse pinnale d σ {\displaystyle d\sigma } nurga θ {\displaystyle \theta } all langevat kiirgusvoogu d Φ e {\displaystyle d\Phi _{e}} : E e = d Φ e d σ cos ⁡ θ {\displaystyle E_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{d\sigma }}\cos {\theta }} . Kiiritustiheduse dimensioon on W/m² (watt ruutmeetrile). Kiiritustiheduse spektraalne tihedus defineeritakse analoogselt kiirgavuse spektraalse tihedusega. Isotroopse valgusallika puhul on punktallika kiiritustihedus allikast kaugusel r {\displaystyle r} : E e = d Φ e d σ = J e ⋅ d Ω r 2 ⋅ d Ω = J e r 2 {\displaystyle E_{e}={\frac {d\Phi _{e}}{d\sigma }}={\frac {J_{e}\cdot d\Omega }{r^{2}\cdot d\Omega }}={\frac {J_{e}}{r^{2}}}} . Fotomeetria Kiirgusfüüsika Hans Korge. "Radiomeetria. Fotomeetria" (PDF). Tartu. Originaali (pdf) arhiivikoopia seisuga 26. märts 2010. Vaadatud 5. jaanuaril 2012. Wendlandt, W.W.M., Hecht, H.G. Reflectance Spectroscopy. Wiley, 1966. Nicodemus, F.E., Richmond, J.C., Hsia, J.J., Venable, V.H., Jr., Ginsberg, I.W., Limperis, T. Geometrical Considerations for Reflectance Nomenclature. National Bureau of Standards Report, 1977. Terminology and Units of Radiation Quantities and Measurements. Ed. by E. Raschke. IAMAP, Radiation Commission, Boulder, Col., 1978. Vainikko, G. Kiirguslevi. Matemaatilise füüsika täiendavaid peatükke. Tartu Ülikool, Arvutusmatemaatika kateeder, Tartu, 1990. Kuusk, A. Kiirguslevi. Biogeofüüsika õppetool, Tartu-Tõravere, 1993. Lenoble, J. Atmospheric Radiative Transfer. A. Deepak Publishing, 1993. Veismann, U. Keskkonna kaugsondeerimine. Meetodid ja vahendid. Eesti Merehariduskeskus, TÜ Keskkonnafüüsika Instituut, Tallinn, 1994. DeCusatis, C. (Ed.) Handbook of Applied Photometry. Springer, 1998. Rieke, G. Detection of Light. From the Ultraviolet to the Submillimeter. 2nd edition. Cambridge University Press, 2003. Vardavas, I.M., Taylor, F.W. Radiation and Climate. Oxford University Press, 2007. TÜ aine "Optika" aineveeb. Materjalide autorid Hans Korge ja Mati Laan Radiomeetria. Fotomeetria. Koostanud Hans Korge