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材料激光加工机床上的X射线剂量测量

在对工件进行材料的激光加工时,可能会产生有害的X射线。现在,德国联邦物理技术研究院(PTB)首次实现了对其剂量率和光谱分布的精确测定。

主要适用于以下领域:

材料加工激光器的制造商和用户

辐射防护

      在对工件进行材料的激光加工时,可能会产生有害的X射线。现在,德国联邦物理技术研究院(PTB)首次实现了对其剂量率和光谱分布的精确测定。

      基于热释光检测(TLD)的光谱仪示意图。基本原理:辐射穿透光谱仪的深度越深,其能量就越高。

      通过激光辐射进行材料加工的技术已经得到了长期使用。最近,超短脉冲激光辐射已被越来越多地用于此目的。若使用高达1014 W /cm²的高峰值强度进行激光聚焦,就会产生有害的X射线,PTB首次在材料工业激光加工的应用环境中实现了X射线的测量。

      测量使用的是基于热释光检测(TLD)的光谱仪。X射线辐射在光谱仪中的穿透深度取决于其能量,因此可以通过数学方法(贝叶斯反卷积)并根据TLD层中的剂量值来计算辐射的能量分辨谱。

       最终的剂量率取决于所加工的材料及其性质。按照辐射防护量Ḣ '(0,07)的要求,剂量率大约为1600 mSv/h到7300 mSv/h;按照辐射防护量Ḣ '(3)的要求,剂量率大约为16 mSv/h到71 mSv/h;按照辐射防护量Ḣ *(10)的要求,剂量率大约为1 mSv/h到4 mSv/h。每种情况都是指的每次的材料加工时间。如此高的剂量率将在几分钟到一小时内就超过法定的剂量限值(对于局部皮肤剂量,按Ḣ '(0,07)估算,而对目镜的透镜剂量按Ḣ '(3)估算),或者在几个小时内超过法定的剂量限值(对于整个身体的有效剂量,以Ḣ *(10)估算)。光谱分布在几keV到30 keV之间。高于30 keV的光子的剂量贡献可忽略不计。

      这些测量首次实现了溯源,不仅为超短脉冲激光器的制造商和用户提供了机器设计时需要考虑的辐射防护等重要信息,而且已经影响了辐射防护领域的现行立法制度。与此同时,具有更高激光强度的机床也已经开发出来了,因此,现在提出来的这种测量方法在将来会变得更加重要。


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