使用761型伽马能谱仪 测量激光产生的轫致辐射的能谱

许多爱好者喜欢将调q的纳秒激光聚焦在固体上打出五颜六色的等离子体。

还好大家的聚焦透镜质量不好,也没有准确的安装,不然常见的爱好者级大号YAG激光(1J 2ns)用f/1透镜聚焦到1um光斑直径在固体表面会产生几KeV甚至几十KeV的轫致x光,其转换效率之高,剂量之大,就算在空气中打这样的固体靶,也十分危险,要是好好的调整透镜角度,早就可以在新闻上看到这些故事了,那样的话省去了我许多的打字功夫。。。。而实际情况因种种原因要安全许多。

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查阅文献,可见若是打铜金属固体,可以得到如下的最高轫致能量

电子温度kT ~ 130 keV Sqrt{I / 10^17 W cm-2 }

取1J 2ns 10mm光束直径,10mm焦距离轴抛物面镜或非球面f/1透镜聚焦,I(能量密度)达到1.27 * 10^17 W/cm^2,要是激光条件完美是可以产生100KeV截止的轫致辐射的,结合轫致辐射能谱形状,其低能部分因为没有普通x光管的玻璃阻挡,完整的辐射出来,那是要至少脱一层皮的。。。

IMG_1947.jpeg


好在大部分人在空气里打固体,这么大的激光首先会在电离空气过程中浪费能量,导致实际固体靶上的功率密度远远没有那么高,相对较安全,但是云母窗盖格计数器亲测是可以测到大量软x射线的。这时候因为x射线时间很短,计数器当做了一个粒子事件,显著的低估了剂量,需要挪到很远的地方,靠4pi衰减,远到盖格计数器几乎测不到的地方,再统计出实际剂量。


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[修改于 1年7个月前 - 2023/04/08 03:51:36]

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~~空空如也
RodTech 作者
1年3个月前 IP:英国
923536
引用kinako猫猫发表于6楼的内容
看完之后咱自己也去试了一下。似乎不需要很大功率,洗眉机几MW的激光聚焦之后打在铜片上,云母窗就能测到...

洗眉机也能打出来实属奇怪,可能有一些非线性效应。往夸张了估算,大约0.5J, 5ns, 也才100兆瓦,按说还是小了点,加上在空气中,提前击穿了实际上到了金属片上能量已经没多少了。这么看来,一张烤箱铝箔应该能够挡住射线,最好的情况可能只有几kev。不过看看文献,这个量级激光也有作为微焦点x射线源用的,可能我的估算不准确,实际能量没这么低。


功率密度要够高,功率低了把电子烧热的温度也低了,产生的辐射就小了。焦点附近 随便偏移一点,就是成百上千倍的功率密度变差。


可以先扩束到1英寸,再用优质1英寸直径1英寸焦距镜片聚焦,此时只有几um范围内是聚焦正确的,弄一个千分头挪动扫描,就可以得到极大的辐射了。

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RodTech作者
1年3个月前 IP:英国
923576
引用kinako猫猫发表于8楼的内容
咱也有点奇怪…而且射线还能穿透铝箔,就是那种家用铝箔,贴在云母窗那个位置还能测到。

那大概是我的估算错了,实际上要更加厉害,这是令人惊讶的。。值得复现一下然后记载下来,还好大部分爱好者打剃须刀片都是把q开关拆掉,用毫秒脉冲实现的

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RodTech作者
7个月9天前 IP:美国
931305
引用coulson21发表于14楼的内容
关于761测量的能谱,可以从数学上推断出是有问题的。探测器假如有20%的概率会探测到一个光子,那么就...

的确是有问题的,固体靶也不应该产生这么热的电子。因为是给学生玩的小实验没有仔细分析,当时推测是因为我们有预脉冲,产生了自聚焦,实际场强比按照数值孔径算出来的高很多。


ip板加不同材料和厚度阵列也做了,效果不佳,并没有测到上百KeV的光子,全是低能的。

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RodTech作者
7个月6天前 IP:美国
931392
引用twz562发表于16楼的内容
感觉这个模型也有些值得推敲的地方:首先,当激光脉冲是2ns时,这个时间尺度已经远低于闪烁体的上升时间...

第一点不用考虑,我就站在旁边,我还活着。。没有那么强,周围的热释光也没有响应。帖子里也描述了用4pi衰减到约5个事件中只有1个被761探测到,显然是不存在运放饱和这种事情的。


第二点也不用考虑,原因同上。


第三点概率算错了。具体怎么算参考14楼。就算算对了,为什么是光滑曲线的解释也是不对的。产生多事件堆叠的情况,会不会把能谱糊成一条平滑曲线,要看具体情况,绝大部分情况是不会的。可以参考一下闪烁体能谱仪相关资料。具体症状常为峰还在,底抬高了。


这个结果从仪器角度来看是比较可信的,4pi衰减到约5次事件看到1个是光子计数常用的选择。然而从物理过程角度看是不可信的,需要从理论上深究产生原因。

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RodTech作者
7个月6天前 IP:美国
931394
引用虎哥发表于18楼的内容
这个可能要考虑碘化铯的特点和触发器的实现原理。主贴未记载在单个脉冲后计数率的变化情况,后续逐渐衰减的...

记得csv应该是有每个事件的时间和峰高?我让人分析一下,激励重复频率100hz,应该20cps左右合理。且间隔要是10ms的倍数

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