[实用新型]一种双平晶单色器第一晶体的冷却装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种同步辐射装置的冷却装置，具体为一种极高热负载下双平晶单色器第一晶体的冷却装置。

背景技术

双平晶单色器是同步辐射装置的核心部件，它是用晶体作为衍射元件的分光仪器，通过晶体衍射将全光谱的同步辐射光单色化，获得科学实验所需的单色光。当一束同步辐射全光谱X射线（白光）入射到第一晶体时，波长满足Bragg衍射公式条件的X射线将经第一晶体发生衍射，而其他波长的同步光全部被第一晶体所吸收，这对晶体会造成很高的热负荷，致使晶体表面产生大的热变形，最终会导致单色光光通量减少。

与第一、第二代同步辐射光源相比，第三代光源的特点是高亮度和高通量密度，其高热负载光学元件已经成为限制利用X射线光源亮度进一步提高的瓶颈之一。国内外几大同步辐射光源根据自身单色器所承受的热负荷以及其它工况来设计符合要求的晶体结构和相应的冷却条件。

美国的先进光子源APS（Advanced Photon Source）将单色器中的硅晶体设计成板翅结构（晶体放置在距离光源30m处，功率密度100W/mm²,总功率407W），该结构属于直接冷却方式。这样设计的缺点是板翅的存在使得冷却管道很容易堵塞，不便清理，且对机械加工的要求很高。

位于法国的欧洲同步辐射光源ESRF（European Synchrotron Radiation Facility）根据对应光束线要求（距离光源30m处的晶体最大功率为520W、峰值功率密度为90W/mm²）将晶体单色器设计成直接冷却方式即在晶体内部钻圆孔作冷却通道，这样的设计结构简单且能承受较高的热负荷，但对晶体装夹时低温真空密封技术要求很高。

日本Spring-8实验室采用的是间接冷却方式的双晶单色器（第一块晶体承受的热负荷为693W，功率密度为76W/mm²），其冷却管道放置在铜块中，然后用冷却铜块对硅晶体两边或者底部进行冷却。和直接冷却相比，这样的设计由于不需要对晶体进行机械钻孔加工以及真空低温封装，所以很容易制造组装。新建成并投入使用不久的上海光源（SSRF）在设计针对波荡器U27光源的单色器时亦采用间接冷却的方式。

目前国内外同步辐射实验室中高功率密度（总功率均不大于700W）的光束线上大多采用的是液氮低温冷却硅晶体单色器。而北京先进光源（BAPS）的总功率超过800W，在国际上还没有研究先例，所以在热负荷问题上面临着比国内外各大光源更为严峻的挑战。

实用新型内容

为解决极高热负载下现有双平晶单色器第一晶体冷却结构冷却不足的问题，本实用新型提供了一种双平晶单色器第一晶体的冷却装置。

一种双平晶单色器第一晶体的冷却装置，其特征在于，包括散热块和设置于所述散热块部分表面的铟层，所述散热块通过所述铟层和所述第一晶体的至少一侧面接触。

在所述散热块中开设有一盲孔，所述第一晶体位于所述盲孔内，其下底面和四个侧面通过所述铟层紧贴所述散热块。

在所述散热块中开设有多条冷却通道。

所述冷却装置还包括夹具，所述夹具用于夹紧所述散热块、铟层和第一晶体。

所述冷却通道的竖截面为长方形，所述长方形的面积为5-10mm²。

所述冷却通道的数目为15-20。

所述冷却装置还包括用于为所述冷却通道提供循环冷却液的低温冷却循环系统，所述低温冷却循环系统分别连通所述冷却通道的两个端口。

所述散热块为无氧铜块。

所述散热块为两个无氧铜块，所述第一晶体位于所述两个无氧铜块之间。

所述两个无氧铜块均为长方体，包括两个相对的第一侧面以及与所述第一侧面相邻的两个第二侧面，所述冷却通道贯通两个相对的所述第一侧面，在每个所述长方体的一所述第二侧面上形成有一用于卡装所述第一晶体的凹陷区，所述铟层位于所述凹陷区内。

本实用新型的双平晶单色器第一晶体的冷却装置的有益效果为：本实用新型的冷却装置，通过散热块与第一晶体的侧面相接触对第一晶体进行冷却，较之仅与底面接触增大了散热块与第一晶体的接触面积，且由于导致第一晶体升温的热源（即光源）位于第一晶体的上方，因此，采用侧面接触可以更快的转移热量，冷却效果更好，同时在散热块和第一晶体之间设置铟层，铟层具有良好的导热性和热塑性，夹在散热块和第一晶体之间能起到一定的缓冲作用，避免了散热块和第一晶体直接接触而产生的热形变。

附图说明

图1为本实用新型双平晶单色器第一晶体的冷却装置的立体结构图；