[实用新型]基于异型沟槽的晶体热缓释结构

说明书

技术领域

本实用新型属于机械领域，涉及一种晶体热缓释结构，尤其涉及一种基于异型沟槽的晶体热缓释结构。

背景技术

单色器是整个同步辐射光源中最重要的装备之一，实验站所需单色光波长、能量分辨率、束斑大小、位置等都是由单色器实现或主要决定，它的分光元件的分光结果决定着实验站的最终成败，而分光元件对高热负载极其敏感，较低的功率密度都将引起非常大的分光元件形变，特别是单色器分光元件的第一衍射晶体承受着来自X射线大于99%的能量，使晶体表面温度升高和晶体内部的温度梯度增大，导致晶体发生整体弯曲、晶面局部隆起和晶格常数变化三种热变形，其中整体弯曲对单色器性能影响最大，晶面局部隆起和晶格常数变化引起的衍射角改变导致晶体的摇摆曲线变宽可以忽略不计。另外，双晶单色器两晶体之间存在热载差，衍射晶体的热载变形导致动态相位变化，与第二晶体失谐，严重影响同步辐射光的传输效率、光通量、分辨率和本征分辨率。因此需要对单色器的第一晶体进行高热负载热缓释研究，对衍射晶体面型进行控制，以保证单色器的性能不被热载变形降低。

高热负载下晶体的热缓释技术包括衍射晶体材料的分析、冷却介质的分析、冷却方式的确定、晶体冷却结构参数的优化设计、晶体夹持结构及密封等方面的技术。晶体材料分析主要从材料的热传导系数、热膨胀系数和屈服强度等参数进行考虑；冷却介质的分析主要是根据实际使用要求确定冷却介质，其中还包括对冷却介质的特殊处理等；冷却方式方面，通常比较常用的冷却方式是间接水冷、直接水冷、间接液氮冷却等方式，在国外还有直接液氮冷却、水喷射冷却、间接液氦冷却、切槽晶体冷却等冷却方式，实际应用的冷却方式需根据辐射热功率和热功率密度的大小来进行分析；在晶体冷却结构参数优化设计方面，冷却结构优化设计主要是对直接冷却技术而言，关键是确定晶体的外形尺寸和冷却槽的深度、宽度、槽与槽的间隔、冷却水流速、流体和真空压力等参数。

对晶体的热缓释技术，目前国内相关研究还比较少，国外的很多冷却技术也在探索过程中，但是科学发展对同辐射光源的需求量却是越来越大，同步辐射光源的发展也从第一代光源发展到第三代光源，甚至部分国家和地区正在研制性能更高的第四代光源，因此对同步辐射双晶单色器中的衍射晶体热缓释技术的设计和研究相当重要，在一定程度上决定着某些科学领域的发展。能研制出一种满足同步辐射实验需要的热缓释结构，具有重要科学意义。

在单色器常用冷却方式中，直接水冷方式因其机械结构容易实现、介质价格便宜和冷却效率能满足工程需要，因此得到了比较广泛的应用。在直接水冷却方式中，衍射晶体可以直接与支撑结构装夹在一起，中间用密封圈进行密封，进水口开设在支撑结构上，冷却水通过支撑结构流进衍射晶体的冷却通道进行冷却；也可以把刻槽晶体分成衍射部分和基底部分，加工好衍射部分的冷却通道后用粘接胶把两块晶体粘结在一起；在晶体冷却通道上，比较常见的是平盘几何、圆孔几何和矩形孔几何，圆孔冷却渠道有较小的热传输面积，但相对平盘几何，冷却有效传输面积增加了57%，而矩形冷却渠道相对于平盘几何增加了5倍，但这三种冷却几何都有一定的局限性，即冷却性能不高。另外，直接冷却方式在接合处需要大范围密封，装夹力矩的均匀性不容易控制，容易导致晶体结构的附加应力，从而增加晶体的面形形变误差。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种具有冷却效率高、密封性能好、装夹应力变形小、冷却腔内外压力差引起的面形误差小以及加工工艺性好的基于异型沟槽的晶体热缓释结构。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种基于异型沟槽的晶体热缓释结构，其特殊之处在于：所述基于异型沟槽的晶体热缓释结构包括衍射晶体以及基座晶体；所述衍射晶体开设有异型热缓释沟槽，背面为具有精密面形的衍射面；所述基座晶体上开设有卸荷槽、进水口、出水口以及集水箱；所述进水口通过集水箱、衍射晶体的异型热缓释沟槽与出水口相贯通；所述衍射晶体与基座晶体通过高温扩散焊接成组合晶体。

上述基于异型沟槽的晶体热缓释结构还包括连接杆以及不锈钢晶体夹持座；所述不锈钢晶体夹持座通过连接杆夹持组合晶体；所述连接杆使用热膨胀系数与晶体热膨胀系数相似的材料，当晶体为Si（111）时，所述连接杆使用钛合金。

上述基于异型沟槽的晶体热缓释结构还包括压制在衍射晶体上的压板。

上述基于异型沟槽的晶体热缓释结构还包括设置在不锈钢晶体夹持座与基座晶体之间的密封圈；所述密封圈使用耐高温、耐高真空、耐老化性能等良好的氟橡胶。

上述衍射晶体以及基座晶体均是Si（111）晶体或其它材料的同步辐分光用单晶体。