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超短激光加工过程中的X射线辐射防护问题

DOI：10.2351/1.5134778 期刊：Journal of Laser Applications 出版年份：2020 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 超短脉冲激光材料加工可实现高精度的精密制造。当重复频率提升至数百千赫兹时，激光加工既高效又经济。但在重复频率较高且峰值强度超过1013瓦/平方厘米的超快激光加工过程中，可能产生有害的X射线辐射，从而构成潜在危害，因此必须考虑辐射防护问题。针对脉宽925飞秒、中心波长1030纳米的激光，在400千赫兹重复频率下研究了直至2.6×101?瓦/平方厘米峰值强度的空气X射线辐射情况?；谒馐荩教智痹谄帘尾牧系奶匦?。通过拓展我们先前的研究工作，本文描述了X射线辐射向更高峰值强度（最高达101?瓦/平方厘米）的扩展规律，并预测了辐射剂量。
作者： Herbert Legall，Christoph Schwanke，J?rn Bonse，J?rg Krüger
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究超短脉冲激光材料加工过程中的X射线发射，并探讨潜在辐射防护屏蔽材料的特性。

研究成果

研究得出结论：在高重复频率和峰值强度下进行超短脉冲激光材料加工时会产生显著的X射线辐射，因此必须采取辐射防护措施。X射线剂量与样品材料的原子序数并非单调相关，还需考虑其他材料特性。对于铝合金而言，X射线发射可随更高峰值强度而增强——电子温度与峰值强度呈I1/3关系，轫致辐射连续谱中的积分光子通量与I1.7关系。当X射线光子能量超过30 keV时，采用铝和硼硅酸盐玻璃作为屏蔽材料需达到铁或钢30-40倍的厚度才能获得同等防护水平。

研究不足

该研究仅限于峰值强度达2.6×101? W/cm2及重复频率400 kHz的情况。向更高峰值强度（最高达101? W/cm2）的推算基于外推法，可能未考虑这些更高强度下的所有潜在变量。

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