一种适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构

1.本实用新型属于同步辐射技术领域，具体涉及一种适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构。


背景技术：

2.高能同步辐射光源(heps)作为第四代同步辐射光源，将成为世界上发射度最低、亮度最高的同步辐射光源。x射线反射镜是同步辐射光源实现光束调制的核心器件，其面形质量将直接影响光束线的光束质量，如调制尺寸、光子通量以及相干性保持等。作为束线上的第一个光学部件，白光反射镜将承受数百瓦特的热量，以北京高能同步辐射光源某束线为例，要求白光镜在子午方向的加工、装夹和热变形总斜率误差为0.3微弧度，热变形产生的误差占主要部分，因此恰当的冷却方式一直以来备受关注。在波荡器产生的非均匀分布的热负荷的作用下，反射镜将产生热弯曲和热凸起两种变形的叠加，镜子在厚度方向(垂直于着光面的方向)存在的温度梯度会引起热弯曲变形，而热功率分布不均会在局部产生热凸起变形。对于在反射镜后方布置有聚焦镜或者反射镜镜本身就有聚焦功能的情况，热变形中的球面项可以通过聚焦镜来矫正，也就是弯曲变形和较大曲率半径的热凸起变形可以通过调节聚焦镜的压弯力而被矫正。但是通过更优的冷却方式和镜体结构来最小化热变形斜率误差一直是同步辐射领域不断追求的方向。
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自由电子激光光源对于水平反射型反射镜采用的是对称开槽非对称冷却，其缺点是仅为了对称分布而存在的铟镓槽和控制热变形槽结构在传热上并没有实际作用，并且会增加反射镜的加工成本。
4.对水平反射型反射镜的对称冷却方式需要镜体在光斑另一侧有一个突出的结构，以便伸入盛有铟镓共晶溶液的槽中传递热量，该结构需要对镜子基底进行大范围地去除加工，加工成本较高。同时，在冷却管道的布置上，为了保证换热的均匀性，避免镜面在子午方向产生非对称变形，对上下两个伸入铟镓共晶溶液的铜片结构的平行度要求较高，在串联上下两个管道的同时还要保证其平行度的难度极大。


技术实现要素：

5.针对现有技术中同步辐射束线水平偏转型反射镜的热变形、振动以及装配问题，本实用新型的目的在于提供一种适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构。本实用新型采用非对称开槽和冷却结构更有利于镜子热变形的控制，且简化了镜体结构的加工；同时由于本实用新型只有一侧被冷却，从而极大减少了加工和装配的工作难度。
6.本实用新型采用了间接水冷+铟镓共晶溶液连接的冷却方式，冷却布置为侧面上部冷却，包括反射镜基底、无氧铜冷却模块和铟镓共晶溶液。不同于其他的对称排布的冷却方式，本申请只对光斑一侧进行冷却，且控制热变形槽也为非对称布置。
7.本申请的技术方案为：
8.一种适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构，其特征在于，包括反射镜
基底、无氧铜冷却模块；其中，
9.所述反射镜基底的一侧为着光面，用于对入射光进行反射；所述反射镜基底靠近所述着光面一侧的上部设有铟镓槽，用于填充铟镓共晶溶液；
10.所述无氧铜冷却模块的一端浸入所述铟镓槽内填充的铟镓共晶溶液中；
11.所述反射镜基底上部位于所述铟镓槽与所述着光面相对一侧之间设有控制热变形槽。
12.进一步的，所述无氧铜冷却模块为凸型结构，其中较窄一端用于浸入到所述铟镓槽内填充的铟镓共晶溶液中，较宽一端内设有与冷却系统连接的冷却通道。
13.进一步的，所述铟镓槽与所述着光面之间的反射镜基底厚度为8mm。
14.进一步的，所述控制热变形槽与所述铟镓槽之间的反射镜基底厚度为8mm。
15.进一步的，所述控制热变形槽与所述铟镓槽平行于所述着光面。
16.本实用新型的优点如下：
17.本申请是一种适用于水平反射型反光镜的冷却结构，结构简单，反射镜基底易于加工，且降低了反射镜-冷却结构-镜箱之间的装配难度。易通过控制热变形槽的深度来控制反射镜子午方向的热变形，热变形斜率的方均根值可以控制在亚微弧度量级。
附图说明
18.图1为本实用新型的三维结构图。
19.图2为本实用新型的截面图。
20.图3为本实用新型的热变形仿真结果图。
21.其中：1-无氧铜冷却模块，2-铟镓共晶溶液，3-铟镓槽，4-控制热变形槽，5-反射镜基底，6-光斑。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型进行进一步详细描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
23.图1为水平反射型白光镜双边冷却结构的三维模型图，整个结构主要包括反射镜基底5、无氧铜冷却模块1和铟镓共晶溶液2三部分。反射镜基底5为单晶硅，反射镜基底5的z向(右侧)为着光面，在y方向开有控制热变形槽4，起到抑制冷源向镜子底部(镜子厚度方向远离光斑的一侧为底部)传递，提高底部温度，从而减少镜体的热弯曲变形。靠近着光面一侧的上部，有盛铟镓共晶溶液的铟镓槽3。
24.同步辐射产生的x射线，一部分被镜体吸收转化为热负载，另一部分被反射，热量在镜体中通过导热和对流传递给铟镓共晶溶液2，在铟镓共晶溶液中通过导热和对流传递给无氧铜冷却模块1，最后在无氧铜冷却模块1中通过导热和对流传递给冷却工质水。
25.本实用新型应用于同步辐射领域可以有效降低水平反射型反射镜镜热变形的冷却结构，包括冷却结构布置方式、铟镓槽的几何位置、控制热变形槽的布置方式、控制热变形槽的几何位置。
26.冷却结构布置方式为非对称分布，冷却只存在于光斑的一侧，且另一侧没有对称分布的铟镓槽结构。
27.铟镓槽3和着光面之间的反射镜基底厚度为8mm，可以避免在加工过程中反射镜基底破裂。
28.控制热变形槽的布置方式为非对称分布，只存在于冷却的一侧，另一侧无控制热变形开槽。
29.控制热变形槽4和铟镓槽3之间的反射镜基底厚度为8mm，该厚度可以避免在加工过程中反射镜基底破裂。
30.尽管为说明目的公开了本实用新型的具体实施例，其目的在于帮助理解本实用新型的内容并据以实施，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于最佳实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。


技术特征：
1.一种适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构，其特征在于，包括反射镜基底、无氧铜冷却模块；其中，所述反射镜基底的一侧为着光面，用于对入射光进行反射；所述反射镜基底靠近所述着光面一侧的上部设有铟镓槽，用于填充铟镓共晶溶液；所述无氧铜冷却模块的一端浸入所述铟镓槽内填充的铟镓共晶溶液中；所述反射镜基底上部位于所述铟镓槽与所述着光面相对一侧之间设有控制热变形槽。2.根据权利要求1所述的适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构，其特征在于，所述无氧铜冷却模块为凸型结构，其中较窄一端用于浸入到所述铟镓槽内填充的铟镓共晶溶液中，较宽一端内设有与冷却系统连接的冷却通道。3.根据权利要求1或2所述的适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构，其特征在于，所述铟镓槽与所述着光面之间的反射镜基底厚度为8mm。4.根据权利要求1或2所述的适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构，其特征在于，所述控制热变形槽与所述铟镓槽之间的反射镜基底厚度为8mm。5.根据权利要求1或2所述的适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构，其特征在于，所述控制热变形槽与所述铟镓槽平行于所述着光面。

技术总结
本实用新型公开了一种适用于水平反射型反射镜的非对称开槽冷却结构，其特征在于，包括反射镜基底、无氧铜冷却模块；其中，所述反射镜基底的一侧为着光面，用于对入射光进行反射；所述反射镜基底靠近所述着光面一侧的上部设有铟镓槽，用于填充铟镓共晶溶液；所述无氧铜冷却模块的一端浸入所述铟镓槽内填充的铟镓共晶溶液中；所述反射镜基底上部位于所述铟镓槽与所述着光面相对一侧之间设有控制热变形槽。本申请结构简单，反射镜基底易于加工，且降低了反射镜-冷却结构-镜箱之间的装配难度；易通过控制热变形槽的深度来控制反射镜子午方向的热变形，热变形斜率的方均根值可以控制在亚微弧度量级。在亚微弧度量级。在亚微弧度量级。


技术研发人员：王少锋 高立丹 杨福桂 李明 盛伟繁 陈旻炜 张冬霓
受保护的技术使用者：中国科学院高能物理研究所
技术研发日：2022.01.25
技术公布日：2022/7/18