מנת הקרינה היא תוצר המכפלה של עצמת הקרינה הנופלת ומשך הזמן החשיפה. היא עונה על השאלה כמה אנרגיה קרינתית משטח מסוים קיבל בפועל במהלך תהליך – בעת הקשיית דבק, חיטוי משטח או ביצוע מבחן הזדקנות. מחשבון זה לוקח את עצמת הקרינה הנופלת שנמדדה ב-mW/cm² ואת הזמן בשניות, ומחזיר את מנת הקרינה ב-mJ/cm² וב-J/cm².
הערך שלו נעוץ בתכנון: לפני הקמת קו ייצור, ניתן להעריך את משך החשיפה הדרוש למנת קרינה נתונה ולבדוק האם המקור הזמין מספק אותה. באופן דומה, אפשר לבדוק האם שתי מתקנות בעלות עצמות קרינה שונות מייצרות את אותה מנת קרינה.
החישוב מניח שעצמת הקרינה הנופלת נשארת קבועה במהלך כל החשיפה ושהיא נמדדה במיקום פריט העבודה. מנת קרינה הופכת למחייבת רק על ידי מדידה עם רדיומטר או מד מנה מכויל בתנאי תהליך אמיתיים – Opsytec מייצרת ומכיילת מכשירים אלה במעבדתה שלה.
אם אתם זקוקים להמרות רדיומטריות נוספות, הן מכונסות במחשבון הרדיומטריה; אם אתם מעוניינים למדוד את מנת הקרינה במקום לחשב אותה, ראו מדידה נכונה של מנת קרינה ועצמת קרינה UV.
עקרונות יסוד
חשיפה קרינתית — הנקראת בדרך כלל מנת קרינת UV — היא האינטגרל בזמן של עצמת הקרינה הנופלת. עבור עצמת קרינה קבועה, הדבר מצטמצם לביטוי H = E · t, כאשר E היא עצמת הקרינה, t הוא הזמן ו-H היא מנת הקרינה. הזנת E ב-mW/cm² ו-t בשניות נותנת את H ב-mJ/cm². ביחידות SI, 1 mW/cm² שווה בדיוק ל-10 W/m² ו-1 mJ/cm² שווה בדיוק ל-10 J/m². המחשבון פועל באופן פנימי ביחידות SI ומעגל רק את התוצאה הסופית.
חיבור דבק נחשף לעצמת קרינה של 50 mW/cm² במשך עשר שניות. H = 50 mW/cm² · 10 s = 500 mJ/cm² = 0.5 J/cm² = 5000 J/m². מנגד, מנת קרינה מטרה של 500 mJ/cm² בעצמת קרינה של 50 mW/cm² מחייבת 10 s.
אם עצמת הקרינה הנופלת משתנה במהלך התהליך — משום שהמוצר עובר על פני המקור, המנורה מתחממת או מתיישנת — המכפלה E · t היא רק קירוב; מה שקובע הוא האינטגרל בזמן, שדוסימטר מודד באופן ישיר. מנת הקרינה היא גם גודל אנרגטי טהור: היא אינה אומרת דבר על השאלה אם אורך הגל מתאים לפוטו-יזם, לאורגניזם או לתקן הבדיקה. שני תהליכים עם מנת קרינה זהה אך ספקטרום שונה יכולים להוביל לתוצאות שונות בתכלית.
שאלות נפוצות
מנת קרינת UV היא האנרגיה הקרינתית המתקבלת ליחידת שטח. בפועל היא ניתנת בדרך כלל ב-mJ/cm², וביחידות SI ב-J/m². 1 mJ/cm² שווה ל-10 J/m². המונח הנכון הוא חשיפה קרינתית; "מנה" הוא הכינוי המקובל והמקוצר.
ביחס של 10: 1 mJ/cm² = 10 J/m². כך ש-500 mJ/cm² שווים ל-5000 J/m² או ל-0.5 J/cm².
מבחינה אריתמטית מתקבלת אותה מנת קרינה. אך השאלה אם מתקבל אותו אפקט היא עניין אחר — הדבר מחייב שחוק הרציפרוקליות (reciprocity law) יתקיים. בהקשיה בקרינת UV חוק זה עשוי להיכשל בעצמת קרינה גבוהה מאוד, מכיוון שהפוטואיניציאטור נצרך באופן מקומי או שעיכוב חמצן מתנהג באופן שונה. במקרה של ספק, יש לבדוק את וריאנט התהליך בפועל, ולא רק את מנת הקרינה.
הגורמים השכיחים לכך: עצמת הקרינה הנופלת נמדדה במרחק או במיקום שונה מזה שבו מונח פריט העבודה; המנורה חוממה מראש במהלך המדידה אך לא במהלך התהליך; או שהחיישן מודד תחום ספקטרלי שונה מזה שהמקור פולט.
לצורך תכנון בטוח, יש להשתמש בערך הנמוך ביותר בתוך שטח העבודה — הוא קובע היכן מנת הקרינה הנדרשת מושגת אחרונה. עד כמה עצמת הקרינה הנופלת משתנה על פני השטח ניתן לראות באמצעות סימולציית UV LED או באמצעות סדרת מדידות רדיומטר.
כן. מנת קרינה ללא ציון הטווח הספקטרלי שנמדד אינה ניתנת להשוואה. ניסוח אופייני הוא "1000 mJ/cm² UV-A (315 עד 400 nm)". הטווח הנמדד תלוי בחיישן — ראו את כלי איתור חיישני UV.
באמצעות דוזימטר נייד המבצע אינטגרציה על פני המעבר, או באמצעות חיישן קבוע המנטר את עצמת הקרינה הנופלת ברציפות. שתי השיטות מתוארות במדידה נכונה של מנת קרינה ועצמת קרינה של UV.
מחבר: ד"ר מארק פאראוויה
ד"ר מארק פאראוויה הוא מנכ"ל חברת Opsytec Dr. Gröbel GmbH באטלינגן ועומד בראש מעבדת הכיול המוכרת. בעקבות מחקרו על פריקות אקסימר קסנון פועמות במכון לטכנולוגיית תאורה ב-KIT, מוקד עיסוקו כיום הוא טכנולוגיית מדידת קרינה אופטית. הוא משמש כסגן יו"ר ועדת התקינה הגרמנית DIN FNL 7 "קרינה אופטית" וחבר בקבוצת הפרויקט של DVGW לחיטוי באמצעות UV.
