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Zitieren Sie bitte immer diesen URN: urn:nbn:de:kobv:b43-566176

Worst-case X-ray photon energies in ultrashort pulse laser processing

  • Ultrashort pulse laser processing can result in the secondary generation of unwanted X-rays if a critical laser irradiance of about 10^13 W/cm^2 is exceeded. Spectral X-ray emissions were investigated during the processing of tungsten and steel using three complementary spectrometers (based on CdTe and silicon drift detectors) simultaneously for the identification of a worst-case spectral scenario. Therefore, maximum X-ray photon energies were determined, and corresponding dose equivalent rates were calculated. An ultrashort pulse laser workstation with a pulse duration of 274 fs, a center wavelength of 1030 nm, pulse repetition rates between 50 kHz and 200 kHz, and a Gaussian laser beam focused to a spot diameter of 33 µm was employed in a single pulse and burst laser operation mode. Different combinations of laser pulse energy and repetition rate were utilized, keeping the average laser power constant close to the maximum power of 20 W. Peak irradiances ranging from 7.3 × 10^13Ultrashort pulse laser processing can result in the secondary generation of unwanted X-rays if a critical laser irradiance of about 10^13 W/cm^2 is exceeded. Spectral X-ray emissions were investigated during the processing of tungsten and steel using three complementary spectrometers (based on CdTe and silicon drift detectors) simultaneously for the identification of a worst-case spectral scenario. Therefore, maximum X-ray photon energies were determined, and corresponding dose equivalent rates were calculated. An ultrashort pulse laser workstation with a pulse duration of 274 fs, a center wavelength of 1030 nm, pulse repetition rates between 50 kHz and 200 kHz, and a Gaussian laser beam focused to a spot diameter of 33 µm was employed in a single pulse and burst laser operation mode. Different combinations of laser pulse energy and repetition rate were utilized, keeping the average laser power constant close to the maximum power of 20 W. Peak irradiances ranging from 7.3 × 10^13 W/cm^2 up to 3.0 × 10^14 W/cm^2 were used. The X-ray dose equivalent rate increases for lower repetition rates and higher pulse energy if a constant average power is used. Laser processing with burst mode significantly increases the dose rates and the X-ray photon energies. A maximum X-ray photon energy of about 40 keV was observed for burst mode processing of tungsten with a repetition rate of 50 kHz and a peak irradiance of 3 × 10^14 W/cm^2.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Katrin BöttcherORCiD, M. Schmitt RahnerORCiD, U. StolzenbergORCiD, Sebastian Kraft, Jörn BonseORCiD, C. Feist, D. Albrecht, B. Pullner, Jörg KrügerORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.2 Material- und Oberflächentechnologien
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Jahrgang/Band:15
Ausgabe/Heft:24
Aufsatznummer:8996
Erste Seite:1
Letzte Seite:17
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Radiation protection; Ultrashort pulsed laser; X-ray emission; X-ray energies; X-ray spectrum
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
DOI:10.3390/ma15248996
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-566176
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:21.12.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:02.01.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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