一种用于同步辐射束线上的垂直反射白光镜冷却结构的制作方法

本实用新型属于同步辐射技术领域，涉及一种用于同步辐射束线上的垂直反射白光镜冷却结构。

背景技术：

白光镜是同步辐射装置的核心部件，它作为束线上的第一光学元件，当同步辐射光线掠入射到白光镜上，一部分反射出去，但大部分光子都会沉积到上面带来巨大的热载荷。白光镜吸收光源热功率后，被加热产生温度升高，由于光源的不均匀照射导致温度梯度，最后引起热变形，如图1所示，使白光镜表面或者晶面产生畸变，最终导致降低同步光的传输效率和传输质量。

第四代高能同步辐射光源的特点是高亮度、高通量和低发射度，其高精度波前面形已经成为限制x射线同步光源性能进一步提升的瓶颈之一。国内外几大同步辐射光源根据自身白光镜所承受的热负荷及其热变形指标来设计符合要求的冷却结构。法国esrf根据对应光束线要求比较了底部冷却、侧面全部冷却、侧面部分冷却和上表面部分冷却几种冷却方案效果，最终选择了侧面部分冷却并通过优化切槽位置、深度和尺寸等参数使特定热负荷作用下的表面热变形最小，光斑与镜体等长效果最好，但该冷却结构存在装夹力学变形和冷却管道流体导致的振动会传导镜体上。美国apsu光源比较了镜体内部直接冷却和侧面部分间接冷却两种方案，前者造价高且密封难度也高，后者同样存在装夹变形和振动问题。西班牙albs光源白光镜采用了镜体上表面开槽，注入铟镓溶液，避免了冷却结构装夹的力学变形和冷却管道流体导致的振动问题，但未在侧面开应力缓释槽，热变形无法调制。上海ssrf光源白光镜采用了侧面部分冷却但未开应力缓释槽，在无氧铜管道与镜体接触的部位开槽，并且冷却镜体与光斑不等长，该热变形斜率误差最小的是0.77urad。

技术实现要素：

为了克服现有同步辐射垂直反射白光镜冷却结构的振动、装夹问题以及抑制热变形不足的问题，本申请提供一种用于同步辐射束线上的垂直反射白光镜冷却结构。

本实用新型的技术方案为：

一种用于同步辐射束线上的垂直反射白光镜冷却结构，其特征在于，包括光学元件硅晶体1、第一冷却结构2、第二冷却结构3；将光学元件硅晶体1的上表面作为镜面，光学元件硅晶体1的上表面设有第一铟镓溶液槽4、第二铟镓溶液槽5；其中，第一冷却结构2的一端用于浸入到第一铟镓溶液槽4内注入的铟镓溶液，对光学元件硅晶体1进行冷却；第二冷却结构3的一端用于浸入到第二铟镓溶液槽5内注入的铟镓溶液，对光学元件硅晶体1进行冷却。

进一步的，第一铟镓溶液槽4、第二铟镓溶液槽5平行于入射光线方向。

进一步的，第一铟镓溶液槽4、第二铟镓溶液槽5的深和宽分别为10mm、5mm。

进一步的，第一冷却结构2浸入到第一铟镓溶液槽4内铟镓溶液的深度为6mm，第一铟镓溶液槽4内铟镓溶液的液面低于光学元件硅晶体1的上表面2mm，第一铟镓溶液槽4侧面与第一冷却结构2所浸入端的外边缘距离为1.5mm，第一铟镓溶液槽4的底部距离第一冷却结构2所浸入端的底部的距离为2mm；第二冷却结构3浸入到第二铟镓溶液槽5内铟镓溶液的深度为6mm，第二铟镓溶液槽5内铟镓溶液的液面低于光学元件硅晶体1的上表面2mm，第二铟镓溶液槽5侧面与第二冷却结构3所浸入端的外边缘距离为1.5mm，第二铟镓溶液槽5的底部距离第二冷却结构3所浸入端的底部的距离为2mm。

进一步的，光学元件硅晶体1的平行于铟镓溶液槽方向的两侧面分别开有一应力缓释槽。

进一步的，所述应力缓释槽平行于第一铟镓溶液槽4、第二铟镓溶液槽5，所述应力缓释槽的开口宽度为10mm、深度为9.5mm。

进一步的，第一冷却结构2、第二冷却结构3结构相同，包括一柱状结构，柱状结构的一侧设有凸起结构，柱状结构内部设置冷却通道，凸起结构浸入到装有铟镓溶液的凹槽内。

进一步的，所述第一冷却结构2、第二冷却结构3均为冷却结构无氧铜。

进一步的，所述光学元件硅晶体1的长度与入射光的着光长度等长，所述第一冷却结构2、第二冷却结构3的长度与入射光的着光长度等长。

本申请的垂直反射白光镜冷却结构包括光学元件硅晶体、冷却结构无氧铜、铟镓溶液槽和冷却通道的几何尺寸及其结构布置。

光学元件硅晶体1的长、宽、高尺寸与入射光的着光长度等长，分别为：544mm、60mm、60mm，光学元件硅晶体1的上表面(作为镜面的表面)开有两个凹槽(即第一铟镓溶液槽4、第二铟镓溶液槽5)用于注入铟镓溶液，凹槽的深和宽分别为：10mm、5mm，光学元件硅晶体1的侧面开有应力缓释槽深度需要计算优化、高度为10mm。

冷却结构无氧铜的长度与入射光的着光长度等长，为544mm，浸入到铟镓溶液6mm深。

铟镓溶液的液面低于光学元件硅晶体1的表面2mm，光学元件硅晶体1的上表面凹槽侧面与冷却结构无氧铜外边缘距离1.5mm，槽底部距离冷却结构无氧铜底部的距离为2mm。

冷却通道为圆管道，直径为6mm，长度与光学元件硅晶体1的长度等长。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

本申请提供一种高精度垂直反射白光镜的冷却结构，其热变形能控制在0.1urad以下且无水流导致的振动和机械装夹问题，其中通过液态铟镓溶液使得无振动和装夹问题；通过应力缓释槽的优化设计使得热变形很小。

附图说明

图1是白光镜硅晶体受光面中心线上热变形分布图；

图2是本申请白光镜冷却结构的主视图。

图中：1、光学元件硅晶体，2、第一冷却结构无氧铜，3、第二冷却结构无氧铜，4、第一铟镓溶液槽，5、第二铟镓溶液槽，6、冷却通道，7、第一应力缓释槽，8、第二应力缓释槽。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请作进一步详细说明，但不仅限于此。

如图2所示，同步辐射束线上的垂直反射白光镜冷却结构包括光学元件硅晶体1、第一冷却结构无氧铜2、第二冷却结构无氧铜3、第一铟镓溶液槽4、第二铟镓溶液槽5；冷却结构无氧铜上部为一柱状结构，柱状结构的一侧设有凸起结构，柱状结构内部设置冷却通道6，凸起结构浸入到装有铟镓溶液的凹槽内；在光学元件硅晶体1上表面(作为镜面)开槽注入铟镓溶液，冷却通道内的水将硅晶体1传导到冷却结构无氧铜2上的热量带走。在硅晶体1的平行于入射光方向的侧面上开有应力缓释槽，通过优化开槽深浅可以控制白光镜热变形。使用铟镓溶液可以使热量能够更好的传导，并且避免了冷却结构直接装夹在硅晶体1上产生应力变形以及冷却管道内水流导致的振动传导到硅晶体1上。

该实用新型通过有限元软件优化了光学元件硅晶体、冷却结构无氧铜、铟镓溶液和冷却通道的尺寸及结构布置，该冷却结构能够缓释第四代高能同步辐射光源束线上垂直反射白光镜上的热负荷且面形误差能控制在0.1urad范围以内的要求，该冷却结构简单，避免了装夹和振动问题，可以降低水流量。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。