[发明专利]晶体单色器水冷结构和晶体单色器

说明书

本发明提供了一种晶体单色器水冷结构和晶体单色器，包括冷却体、冷却体盖板以及冷却水连接结构；所述冷却体包括冷却体主体，冷却体盖板包括盖板主体，冷却体主体、盖板主体上均设置有环形闭环真空槽、冷却水循环通道槽，冷却体主体、盖板主体连接后，冷却体主体上的环形闭环真空槽与盖板主体上的环形闭环真空槽对应连接形成环形闭环真空通道，冷却体主体上的冷却水循环通道槽与盖板主体上的冷却水循环通道槽对应连接形成冷却水循环通道；冷却水循环通道位于环形闭环真空通道的包围圈内；所述冷却水连接结构连接冷却体盖板。本发明结构简单合理，能够在超高真空环境下对晶体进行水冷，且能够避免一旦冷却水泄漏会破坏及污染单色器腔体环境的问题。

技术领域

本发明涉及单色器领域，具体地，涉及一种晶体单色器水冷结构和晶体单色器。

背景技术

同步辐射光是自由电子在磁场中运动时因状态(速度和方向)发生改变，沿电子运动轨迹切线方向发出的电磁波。自由电子激光是加速器产生的高品质电子束和NS极交替排列的磁铁阵列，具备高功率的相干光源。由于光谱连续、高亮度、准直性好等特点，上述光源都在物理学、化学、生命科学、信息科学、能源和环境科学等很多科学研究和高科技领域中都有广泛的应用。

上述光束是包含从红外到硬X射线的各种波长的复色光。这种光除少数实验只用它的能量以外，一般不能被直接使用，而是通过各种光学元件把这种具有连续谱的复色光加工成能满足实验对光源能量、通量、单色性、偏振性、光斑尺度等要求的单色光，并安全、可靠、高效地传输到实验站，供不同的科学实验。这些功能的实现要通过光束线系统来完成单色器即为光束线系统中的核心设备，单色器的作用是改变光学元件与同步辐射光的夹角来获得不同波长的单色光。总得来说，单色器是一个集机械、光学和真空功能为一体的复杂设备。其根据不同的分类标的可以有很多种分类，按照光学元件分类主要有光栅单色器、晶体单色器和多层膜单色器。其中晶体单色器分类也可以有很多类别，比如按衍射方式分为劳厄(Laue)和布拉格(Bragg)，按晶体的数量分为单晶、双晶和四晶，按晶体的切割方式分对称和非对称，按晶体的排布方式分为色散和消色散，按冷却方式分为水冷和液氮冷却等。本发明的主要应用领域是水冷晶体单色器。

晶体吸收束流能量后致使其表面温度升高和内部温度梯度增大，导致晶体发生整体弯曲、晶面局部隆起和晶格常数变化等热变形，其中整体弯曲影响最大，晶面局部隆起和晶格常数变化等热变形其次。根据理论计算，晶体承受热功率密度1W/mm²时，晶体表面形变误差急剧增至100seconds of arc(弧秒，这里的形变误差，是指承载热之后晶体发生了形变，这个形变与之前的计算设计值的差值)以上，严重影响光束的传输效率。为了减小上述情况发生，需要为晶体设计冷却结构。当晶体表面热功率密度低于1W/mm²时，一般采用水冷却结构作为晶体冷却方案。现有的水冷结构主要有两种：一种为用定位夹夹住晶体和支撑结构，水冷通道在支撑结构中流动，冷却水通道与真空靠氟橡胶圈密封来解决。另一种为衍射晶体与刻有水流槽的无氧铜用粘结胶粘结。冷却水管直接加工在无氧铜冷却底座上。在世界范围内运行的同步辐射光源里都出现过水冷单色器冷却水泄漏造成单色器腔体超高真空破坏的问题。某种水冷单色器的冷却结构平均使用年限在25个月左右，由于冷却水中含有灰尘和其它油脂类溶剂，所以当冷却水泄露后，单色器腔体内需要更换被污染的关键光学元件，清洗腔体内壁，烘烤整体腔体和真空获得等工作。不论是解决突发冷却水泄漏故障还是定期维护更换这些水冷结构，都得通过上述的工序才能实现，这不仅影响到光束线的正常运行还带来较大的维护工作。这给长期稳定运行光束线造成了很大的不便。

综上所述，随着技术发展带来的对晶体直接水冷却结构的发展需求，如何解决冷却水泄漏对单色器腔体污染的问题成为了刻不容缓的待解决技术难题。