一种光子光闸装置的制作方法

本发明涉及同步辐射光源领域，更具体地涉及一种光子光闸装置。

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，由于光谱连续、高亮度、准直性好等特点，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。前端区是同步辐射光束线的一个重要组成部分，既自成体系，又与多个系统相关联。主要功能是限制同步辐射光的尺寸、探测光束位置、吸收热负载、实现下游设备安全保护、真空保护及人身保护，最终将同步辐射光传送到下游光束线。

前端区上接储存环，下连光束线，是储存环和光束线之间的一个连接纽带。一般地，一个储存环引出口只有一条光束引出，使得一条光束线站对应一个前端区；但是随着科学技术的发展和进步，开始尝试从一个储存环引出口引出有很小夹角的两条光束，从而使得这两条光束共用一个前端区，这种复合光束线称为canted光束线。

因此，canted光束线的前端区(简称canted前端区)的设备需要满足两个光束线使用。前端区的空间比较狭窄，对于canted前端区的设备结构设计要求比较高。

其中，光子光闸是前端区的一个关键部件，它的控制运作决定了光束是否可以通过前端区顺利到达光束线和实验站。光子光闸能否独立运动控制使用是直接关系到光束线实验站能否安全进入光学棚屋，它是整个光束线实验站安全连锁的重要部件。

现有的已经建设完成的canted前端区均在前端区设置有两个光子光闸，并通过每个光束线独立对应一个光子光闸装置来实现两个光束线的单独控制。由于两条光束的夹角相对较大，在前端区可以通过分光光阑装置进行分光，进而实现两条光束的完全分离，两条光束再分别通过对应的光子光闸。

但是，现有的适用于canted光束线前端区的光子光闸只能单独控制在前端区已经完全分开的两条光束线，现有的光子光闸的结构不适用于具有超小夹角canted前端区。

对于具有超小夹角的canted前端区，混合在一起的两条光束线通过分光光阑装置分光之后，两条光束线由于夹角过小，通光装置不能完全分开，在光束线位置上两个光束还是共用一套装置，所以两条光束线在前端区不能完全分开，而现有的光子光闸只有一个通光挡光孔，在实现对超小夹角的canted前端区的一条光束控制的同时，另外的一条光束就会被光子光闸挡住，不能顺利到达下游光束线和实验站；此外，因为canted光束线是插入件光源，光源的功率非常的大，光束直接打到光束线上通光设备端面或者管壁上是非常危险的事情，有可能会因为功率过大造成设备损坏导致真空泄露。由于光源运行对整个前端区具有超高真空要求，一旦有真空泄露，就会启动控制连锁反应，对储存环进行踢束保护，储存环一旦踢束，会影响其它光束线站的正常运行。同时由于前端区处于辐射的环境，如果发生真空泄漏，不但超高真空环境遭到破坏，同时前端区下游的设备和人身的安全也会受到威胁。

对于目前在建的超小夹角的canted前端区而言，其两条光束线在前端区无法完全分开，所需要的光子光闸不但要考虑一条光束线实现单独控制通光与否，同时也要考虑不能影响另外一条光束线的使用。综上所述，研制新的适用于超小夹角canted前端区的光子光闸是刻不容缓的关键任务。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光子光闸装置，以对超小夹角的复合光束线的其中一条光束进行通光和挡光控制，同时也不影响另外一条光束的使用。

为了实现上述目的，本发明提供一种光子光闸装置，其包括：一吸收主体，其内部开有两个从吸收主体的左端延伸至右端、用于分别供进入该吸收主体的复合光束线中的两条光束通过的一个通光孔和一个复合孔；一位于吸收主体内部的水冷却循环系统；多个点焊于吸收主体的顶面的准直装置；以及至少一个插入吸收主体的内部的温度探测装置；其中，所述通光孔为一矩形通孔；复合孔具有位于下方的通光部和位于上方的挡光部；通光部为左右贯通且高度和宽度均不变的通道，挡光部为左右贯通且宽度沿光束的行进方向逐渐减小的楔形通道，挡光部的末端设有与吸收主体相连的吸收挡光板。

所述水冷却循环系统包括分别开设于吸收主体的顶面和底面上的多个冷却水槽、分别焊接于吸收主体的顶面和底面上并与所述冷却水槽形成上、下腔体的上盖板、下盖板以及设于吸收主体内部且位于复合孔的侧面的冷却水道；吸收主体的上下两侧各自设有两个穿过该上、下盖板与所述上、下腔体连通的水管，且吸收主体的侧面设有与冷却水道连通的水管。

每个水管远离吸收主体的一端分别连接有卡套直通活接头。

所述楔形通道的其中一个侧壁为受光面，冷却水道的中心距离该受光面的距离为9-12mm。

所述温度探测装置距离受光面5-6mm。

所述装置还包括两个通过转接管分别焊接在吸收主体的左端和右端的连接法兰。

所述光子光闸装置下部设有一与其固接的运动调节机构和一气缸，所述运动调节机构的下方设有一调节支架，所述气缸固定于该调节支架上且其输出端与所述运动调节机构相连。

所述吸收挡光板通过螺钉紧固在吸收主体上。

所述吸收主体为一方形结构。

所述吸收主体采用弥散强化铜铝合金或者无氧铜制成。

本发明的光子光闸装置的复合孔的设置，使得对于复合(canted)光束线中的实现功能的光束，挡光模式时复合孔用于挡光，可以实现光束的掠入射，从而增大受光面，最大限度降低了由吸收canted光束的热功率而引起的温升，挡光模式时复合孔用于通光，通光孔的设置使得对于复合光束线中的另外一条光束，光子光闸装置无论是挡光状态还是通光状态，都用于通光，从而吸收主体在实现对超小夹角的复合光束线的其中一条光束进行通光和挡光控制的同时，也不影响另外一条光束的使用；光子光闸复合孔和通光孔设置于同一吸收主体上，这种结构布局紧凑，占用空间小，而且安装、拆分、调控方便，维护方便，可用于各类超小夹角canted光束线前端区,只需要在设计时根据不同的光束线物理的需要而采用不同的通光孔、复合孔孔径和间距即可以有效地实现远程对各种不同的canted光束线的挡光和通光的控制；本发明还采用水冷却循环系统，通过热传导，将光子光闸装置因挡光承受canted光束的高热负载所产生的热量传递出去，进而起到了降低光子光闸装置的吸收主体的温度，避免光子光闸装置因温度升高太多而造成材料失效、结构变形等损坏。

此外，本发明的水冷却循环系统设计出全新的循环水冷却结构，采用的是上下面内部开槽和挡光侧面内部打开冷却水道的全封闭水冷却循环设计，这种设计可以增大同一时刻在光子光闸主体内部的蓄水量，最大效率地利用冷却水，提高冷却速度，可以快速、有效地阻止分光光阑因吸收热负载引起的温度上升。

本发明的吸收挡光板的设置保护下游设备免受同步辐射光的直接照射，同时是整个人保连锁系统中的重要的挡光元件。光子光闸装置的吸收主体为方形结构，并在顶面上专门的准直元件，方便对分其完成安装和准直；内部设置有水循环冷却系统及温度探测装置，距离受光面约5-6mm处，可以有效的对光子光闸内部不同部位的温度进行实时监测。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的光子光闸装置的俯视图；

图2是如图1所示的光子光闸装置的左视图；

图3是沿图1的a-a线的截面图；

图4是如图1所示的光子光闸装置的右视图；

图5是沿图1的c-c线的截面图；

图6是如图1所示的光子光闸装置及其运动调节机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施方案仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示为根据本发明的一个实施例的光子光闸装置，其包括吸收主体1、水冷却循环系统2、准直装置3、温度探测装置4、连接法兰5和转接件6。

吸收主体1的外形为一方形结构，将几个外表面设置为基准面，以便于准直装置3的焊接及其它加工，而且也方便安装调试。此外，吸收主体1采用高强度、高硬度、高导热性及高软化温度性能的弥散强化铜铝合金(glidcop)或者无氧铜(ofhc)制成。

如图2-图4所示，吸收主体1的内部开有两个从吸收主体1的左端延伸至右端、用于分别供进入该吸收主体1的复合(canted)光束线中的两条光束通过的一个通光孔11和一个复合孔12；在本实施例中，通光孔11和复合孔12的位置根据复合(canted)光束线中两条光束的间距设置，通光孔11和复合孔12间距等于复合光束线中两条光束的间距，以确保通光时两条光束可以分别通过通光孔11和复合孔12。

其中，通光孔11为一矩形通孔，使得光子光闸装置无论是处于通光模式还是挡光模式，进入该通光孔的光束均可以完全通过该装置而不受阻挡，到达下游光束线。

复合孔12如图2和图3所示，其开口为矩形，具有位于下方的通光部121和位于上方的挡光部122。通光部121为左右贯通且高度和宽度均不变的通道，其高度设置为大于该光束在漂移情况下的最大的垂直高度，当光子光闸装置出于通光模式时，光束从下部进入复合孔12，进入复合孔12的光束的中心与通光部121的中心重合，从而使得该光束能通过光子光闸装置。挡光部122为宽度沿光束的行进方向逐渐减小的楔形通道，楔形通道的其中一个侧壁为受光面，当光子光闸装置出于通光模式时，光束从上部进入复合孔12，楔形通道可以实现光束的掠入射，从而增大受光面，最大限度降低了由吸收canted光束的热功率而引起的温升。

由此，本发明的光子光闸装置复合孔的设置，使得对于复合(canted)光束线中的实现功能的光束，挡光模式时复合孔为用于挡光，挡光模式时复合孔为通光通道；通光孔的设置使得对于复合光束线中的另外一条光束，光子光闸装置无论是挡光状态还是通光状态，都是作为通光通道，从而吸收主体1在实现对超小夹角的复合光束线的其中一条光束进行通光和挡光控制的同时，也不影响另外一条光束的使用。

如图3和图4所示，由于canted光束的热负载较高，功率密度较大，如果光束直接打在吸收主体1的非受光面上，很容易发生功能性损坏并影响正常使用，进而降低光子光闸装置的精度和使用寿命；此外，光子光闸装置处于挡光模式时，canted光束通过掠入射打到楔形通道上时会产生反射光和漫反射光进入下游设备中，会对设备及人身安全造成威胁；同时光束打到受光面和气体分子上也会产生中子及轫致辐射，中子及轫致辐射也会对人身及设备安全造成威胁。为了解决这一难题，本发明在挡光部122的末端设有与吸收主体1相连的吸收挡光板7，用于阻挡当光子光闸装置处于挡光模式时光束通过掠入射打到楔形通道上时所产生的反射及漫反射光，防止光束通过小孔进入下游，同时也阻挡部分中子及轫致辐射进入下游设备，避免下游设备和人身安全受到威胁。在本实施例中，吸收挡光板7通过螺钉紧固在吸收主体1上。

如图5所示，水冷却循环系统2设置于所述吸收主体的内部，包括分别开设于吸收主体1的顶面和底面上的多个冷却水槽21、分别焊接于吸收主体1的顶面和底面上的上盖板22、下盖板23以及设于吸收主体1内部且位于复合孔12的侧面的冷却水道24。由于上、下盖板22、23分别焊接于吸收主体1的顶面和底面上，因此上、下盖板22、23可以分别与所述多个冷却水槽21形成上下腔体，实现上、下腔体的密封。冷却水道24的中心距离复合孔12的受光面的距离为9-12mm左右。

吸收主体1的上下两侧各自设有两个穿过该上、下盖板22、23与上下腔体连通的水管25，从而上腔体和下腔体分别与这些水管25形成一路一进一出的冷却循环；同时，吸收主体1的侧面设有与冷却水道24连通的水管25，每个水管25与冷却水道24同样形成一路一进一出的冷却循环。这些水管25远离吸收主体1的一端分别连接有卡套直通活接头26，该卡套直通活接头用于与本发明的光子光闸装置外部的整体冷却水系统相连通。由此，水冷却循环装置2通过热传导，将光子光闸装置因挡光承受canted光束的高热负载所产生的热量传递出去，进而起到了降低光子光闸装置的吸收主体1的温度，避免光子光闸装置因温度升高太多而造成材料失效、结构变形等损坏。

本发明的水冷却循环系统2采用的是上下面内部开槽和挡光侧面内部打开冷却水道的全封闭水冷却循环设计，这种设计可以增大同一时刻在光子光闸主体内部的蓄水量，最大效率地利用冷却水，提高冷却速度。若将上下两个面开槽的设计改为在光子光闸四个面内部开槽，仅仅吸收面开槽以形成水冷循环管路，或将内部全封闭水冷循环系统改为内外循环水路循环冷却系统，这些设计方案也都可以实现将吸收主体1吸收的热负载传导出去。

再请参阅图6，吸收主体1所在的光子光闸装置下部设有一通过螺钉与其固接的运动调节机构81和一气缸82，所述运动调节机构81的下方设有一调节支架83，所述气缸82固定于调节支架83上且其输出端与运动调节机构81相连。光子光闸装置通过运动调节机构81实现通光模式和挡光模式的切换。

准直装置3点焊于吸收主体1的顶面(即吸收主体1的基准面)上，用于在光子光闸装置离线和在线安装调试时起到基准作用，通过准直装置3标定和准直光子光闸装置在整个系统控制网中的位置。在本实施例中，准直装置3的数量为4个。

温度探测装置4通过热偶座和热偶压垫与吸收主体1固连，该温度探测装置4直接插入光子光闸的吸收主体1内部以探测器内部维度，距离受光面约5-6mm处，可以在线实时监测光子光闸装置的温度变化。

两个连接法兰5分别通过转接管6焊接在吸收主体1的左端和右端，该连接法兰5用于与本发明的光子光闸装置的上下游设备相连。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。例如，复合孔的挡光部可以设置为宽度而非高度沿光束的行进方向逐渐减小，光子光闸装置的吸收主体由方形结构改为圆柱形结构，冷却循环系统设置为沿着光束传递方向布置。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。