기호와 단위로 보는 방사량
방사량은 눈의 감도와 무관하게 전자파 복사를 에너지 관점에서 나타내며, 기술적으로는 특히 UV 및 IR 복사에 사용됩니다. 네 가지 기본량은 방사 플럭스 Φ(단위: W), 복사조도 E(단위: W/m² 또는 mW/cm²), 방사도 L, 방사 강도 I입니다. 이 분야를 방사측정학이라고 하며, 눈의 감도로 가중된 대응 개념은 광도측정량입니다.
방사량은 전자파 복사 전체를 나타내는 측정량입니다. 기술 응용에서는 UV 복사 또는 IR 복사로 사용됩니다. 이 분야를 방사측정학이라고 합니다. 복사는 그 파장에 따라 분류됩니다.
아래 다이어그램은 네 가지 방사량을 보여줍니다. 표에는 각 양에 대한 시각적 표현, 수학적 정의, 단위 및 간단한 설명이 포함되어 있습니다.
- 방사 플럭스 Φ
- 복사조도 E
- 방사도 L
- 방사 강도 I
다운로드용 표: 복사측정량 및 단위(XLSX) – DIN/ISO 20473에 따른 변환 계수 및 분광 범위 포함. 시감 가중치가 적용된 대응값은 측광량에, 색도 관련 항목은 색도측정량에, 밴드 한계값은 분광 범위 및 표준에 나와 있습니다. 기호, 단위 및 해당 계산기와 함께 모든 물리량은 광학량 용어집에서 확인하실 수 있습니다.
방사측정량의 정의 및 설명
방사선속
방사선속(복사선속)은 방사선속(radiant power)이라고도 하며, 방사선원이 단위 시간당 모든 방향으로 방출하는 총 에너지량입니다. 방사선속의 단위는 와트(W)입니다.
- 기호: Φ
- 단위: W
- 정의: 방출되는 총 방사 전력.
예시:
소비 전력이 60 W인 일반 백열등은 방사선속으로 약 57 W를 방출하며, 나머지는 열로 손실됩니다. 이 57 W는 가시광선과 적외선 스펙트럼에 걸쳐 분포합니다.
복사조도
복사조도는 표면에 입사하는 방사선의 전력 밀도를 나타내는 물리량입니다. 표면 요소에 입사하는 방사 전력을 면적으로 나눈 값으로 정의됩니다. 복사조도의 단위는 평방미터당 와트(W/m²) 또는 평방센티미터당 밀리와트(mW/cm²)입니다. UV 측정기는 복사조도 측정에 적합합니다.
- 기호: E
- 단위: W/m², mW/cm²
- 정의: 표면 요소에 입사하는 방사 전력을 그 면적으로 나눈 값.
복사조도는 단위 시간당 특정 표면에 방사선 형태로 얼마나 많은 에너지가 입사하는지를 나타냅니다. 경사 입사 방사선은 입사각의 코사인 값으로 계산되며, 따라서 측정 헤드는 코사인 보정이 되어 있습니다.
팁: W/m²를 mW/cm²로 변환
예시:
맑은 날 지구 표면에서의 평균 태양 복사조도는 약 1000 W/m²입니다. 이는 지구 표면의 매 평방미터마다 1000 W의 방사선을 받는다는 것을 의미합니다.
휘도
휘도는 방사선원이 단위 면적 및 단위 입체각당 방출하는 방사 전력을 나타내는 물리량입니다. 단위는 평방미터·스테라디안당 와트(W/(m²·sr))입니다.
- 기호: L
- 단위: W/(sr m²)
- 정의: 방출된 방사선속을 표면 요소와 입체각의 곱으로 나눈 값.
휘도는 방사선원의 면적과 방사선이 방출되는 입체각을 모두 고려합니다.
예시:
태양은 비교적 작은 면적에서 우주로 많은 양의 방사 에너지를 방출하기 때문에 휘도가 높습니다.
방사강도
방사강도는 단위 입체각당 특정 방향으로의 방사선 흐름을 나타내는 물리량입니다. 특정 방향에서의 방사선 강도를 나타내는 데 사용됩니다. 방사강도의 단위는 스테라디안당 와트(W/sr)입니다.
- 기호: I
- 단위: W/sr
- 정의: 정의된 방향으로 방출된 방사선속을 입체각 요소로 나눈 값.
방사강도는 방사선원이 특정 입체각 내에서 특정 방향으로 방출하는 에너지량을 나타냅니다. 이는 방출되는 전력의 방향 의존성을 나타내는 척도입니다.
예시:
방사선속이 1 W인 LED가 0.1 sr의 입체각으로 빛을 방출하면 방사강도는 10 W/sr가 됩니다. 이는 방출된 에너지가 작은 입체각에 강하게 집중되어 있음을 의미합니다.
복사측정량 변환
UV 및 광 복사측정 계산기:
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이 페이지에서 설명하는 물리량은 Radiometry Calculator를 사용하여 직접 변환할 수 있습니다: W/m²와 mW/cm² 간의 복사조도, J/m²와 mJ/cm² 간의 복사 노출량(조사량), 그리고 조사량과 조사 시간 간의 상호 변환이 가능합니다. 무료로 이용할 수 있으며 등록이 필요하지 않습니다.
복사측정량에 대한 자주 묻는 질문
복사조도와 조사량의 차이는 무엇입니까?
복사조도 E(W/m² 또는 mW/cm²)는 단위 면적당 순간 전력이며, 복사 노출량 – 일상적으로 조사량이라고 함 – 은 이를 시간에 대해 적분한 값 H(J/m² 또는 mJ/cm²)입니다. 복사조도가 일정한 경우 H = E · t입니다. 복사조도는 조사량에 도달하는 속도를 결정하며, 의도한 효과가 발생하는지 여부는 일반적으로 조사량에 의해 결정됩니다. 따라서 두 값 모두 문서에 별도로 기록되어야 하며, 시간만으로는 증거가 되지 않습니다.
플루언스와 조사량의 차이점은 무엇입니까?
복사 노출량은 고정된 평면 수용면을 기준으로 하며, 비스듬히 입사하는 복사는 입사각의 코사인으로 가중됩니다. 이에 반해 플루언스는 반응기 내의 미생물이나 공기 덕트와 같이 모든 방향에서 복사를 받을 수 있는 대상을 기준으로 합니다. 지향성 복사장에서는 두 값이 일치하지만, 확산 복사장에서는 평면에서 측정한 노출량보다 플루언스가 상당히 클 수 있습니다. 이 차이가 공정을 좌우하는 사례는 자외선(UV) 소독에서 확인할 수 있습니다.
램프의 전기 소비 전력이 측정량이 아닌 이유는 무엇입니까?
소비되는 전기 전력과 공정 위치에서의 효과 사이에는 전기-광학 효율, 광원의 분광 분포, 거리 및 입사각, 창과 보호관의 투과율, 그리고 오염 및 노화가 개입합니다. 이 중 어느 것도 사용 수명 동안 일정하지 않습니다. 따라서 소비 전력 정격은 광원의 동작 상태를 나타낼 뿐, 가공물이나 유기체 또는 시료에서의 결과를 나타내지 않습니다. 이것이 설비 내에서 신뢰할 수 있는 공정 승인으로 이어지는 방법은 자동화 및 공정 통합에서 다룹니다.
복사조도와 복사휘도의 차이점은 무엇입니까?
복사조도는 수용체 관련 값으로, 방향에 관계없이 표면에 도달하는 양을 나타냅니다. 복사휘도는 광원 관련 값으로, 광원이 단위 면적 및 단위 입체각당 방출하는 양을 나타냅니다. 공정 승인은 작용 지점에서의 복사조도에 좌우되는 반면, IEC 62471에 따른 확장 광원 평가는 복사휘도에 좌우됩니다 – 자세한 내용은 산업안전 및 광생물학적 안전을 참조하십시오.
광대역 측정으로 충분한 경우와 분광 측정이 필요한 경우는 언제입니까?
광원이 알려져 있고 분광학적으로 안정적이며, 센서가 바로 그 광원에 대해 교정된 경우에는 광대역 측정으로 충분합니다. 서로 다른 광원 기술을 비교하거나, 노화나 조광으로 인해 스펙트럼이 변화하거나, 작용 스펙트럼을 적용해야 하거나, 여러 분광 대역을 개별적으로 평가해야 할 경우에는 분광 측정이 필요합니다. 이때 발생할 수 있는 근본적인 오차는 분광 불일치입니다.
저자: Dr. Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia는 Ettlingen 소재 Opsytec Dr. Gröbel GmbH의 대표이사이며 공인 교정기관을 이끌고 있습니다. KIT 조명기술연구소에서 펄스 제논 엑시머 방전에 관한 연구를 수행한 이후, 현재는 광학 복사 측정 기술에 주력하고 있습니다. 그는 DIN 표준위원회 FNL 7 "광학 복사" 부위원장이며, DVGW UV 소독 프로젝트 그룹의 회원입니다.
