一种X射线准直镜热变形控制装置及方法与流程

一种x射线准直镜热变形控制装置及方法
技术领域
1.本技术属于同步辐射光学元件热缓释技术领域，更具体地说，是涉及一种x射线准直镜热变形控制装置及使用该准直镜热变形控制装置的方法。


背景技术：

2.作为同步辐射光束线通常使用的第一光学元件，准直镜通过全反射能精准调控x光束的发散角和光斑尺寸。而先进的第四代同步辐射光源为其带来严峻挑战：一方面，光源总功率/功率密度的增大使得光学元器件受光面的温升/温度梯度增加，导致其热变形激增；另一方面，更低发射度的光束传输对准直镜表面的面形精度要求大大提高。
3.然而，传统热缓释技术在如此严苛的高热负载下很难满足高精度面形精度的需求。虽然铟镓冷却系统的引入可大幅提高准直镜的冷却效率，但仍然难以实现镜子热变形的局部精确控制。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种x射线准直镜热变形控制装置及方法，以解决相关技术中存在的：高热负载作用下准直镜表面的热变形难以控制，面形精度低的问题。
5.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案是：
6.一方面，提供一种x射线准直镜热变形控制装置，包括：
7.反射镜；
8.冷却基座，所述冷却基座上开设有冷却介质通道和导热调节槽；
9.冷却介质，设于所述反射镜与所述冷却基座之间，用于实现所述反射镜与所述冷却基座的连接；
10.固定组件，与所述冷却基座相连接，用于实现所述冷却基座、所述冷却介质和所述反射镜之间的热接触；
11.其中，所述冷却介质、所述导热调节槽和所述冷却介质通道在沿所述反射镜朝所述冷却基座的热传递方向上依次设置。
12.此结构，本技术通过冷却基座经由冷却介质来降低接触热阻，从而可实现反射镜与冷却基座之间的高效间接热交换；通过在冷却基座上分别开设冷却介质通道和导热调节槽，且将冷却介质、导热调节槽和冷却介质通道在沿反射镜朝冷却基座的热传递方向上依次设置。在反射镜通过冷却基座与冷却介质之间进行热交换的过程中，导热调节槽可调节换热路径上的热阻分布，调控反射镜表面的温度分布，从而实现对反射镜表面的热变形精确控制，有效提升反射镜在高热负载下的面形精度。
13.在一个实施例中，所述导热调节槽包括多个槽部，相邻两个所述槽部间隔设置，多个所述槽部沿所述冷却介质通道的长度方向排列设置。
14.此结构，通过多个槽部可实现对反射镜的受光面的不同位置的温度进行控制，进而实现对受光面的热变形控制，提高面形精度。
15.在一个实施例中，所述反射镜的长度大于所述冷却基座的长度，所述反射镜的两端分别伸出所述冷却基座。
16.此结构，可与导热调节槽配合使受光面的温度分布均匀，或受光面两端的温度略高于中部的温度。
17.在一个实施例中，所述冷却介质呈液态，所述反射镜的受光面上开设有容置所述冷却介质的容置槽；所述冷却基座靠近所述导热调节槽的一端伸入所述冷却介质中。
18.此结构，通过固定组件可实现对冷却基座的悬挂，进而实现冷却基座与冷却介质接触换热。
19.在一个实施例中，所述冷却介质通道和所述导热调节槽开设于所述冷却基座的同一侧面上。
20.此结构，便于在同一开槽工序步骤中实现同步作业，提高冷却介质通道和导热调节槽的制备效率。
21.在一个实施例中，所述反射镜的受光面的相邻两侧面分别为换热面；所述冷却介质呈片状，所述冷却介质安装于所述换热面上，所述冷却基座与所述冷却介质背离所述换热面的侧面贴合，所述冷却基座面向所述冷却介质的侧面上开设有所述导热调节槽。
22.此结构，通过固定组件可将冷却基座/冷却介质/反射镜压紧，从而实现对冷却介质的夹持固定，进而实现对反射镜热变形控制。
23.在一个实施例中，所述冷却介质的数量为两个，两个所述冷却介质分别安装于两个所述换热面上；所述冷却基座的数量为两个，两个所述冷却基座分别与所述固定组件连接，各所述冷却基座与所述反射镜配合夹持相应所述冷却介质。
24.此结构，可进一步提高对反射镜的热缓释作用，进一步提高对反射镜的受光面的热变形控制，提高面形精度。
25.另一方面，提供一种x射线准直镜热变形控制方法，采用上述任一实施例提供的x射线准直镜热变形控制装置，包括：
26.将冷却基座与固定组件相连接，向所述冷却基座上的冷却介质通道中通入冷却液体，以实现所述冷却基座、冷却介质和反射镜之间的热接触；
27.将入射光线照射于所述反射镜上，在所述反射镜通过所述冷却基座与所述冷却介质之间进行热交换的过程中，所述冷却基座上的导热调节槽调节换热路径上的热阻分布，调控所述反射镜表面的温度分布，以实现对所述反射镜表面的热变形控制。
28.此结构，通过x射线准直镜热变形控制方法可保证在满足反射镜出光要求的基础上，实现对反射镜表面的热变形精确控制，有效提升反射镜在高热负载下的面形精度。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本技术对比例一提供的传统同步辐射光束线准直镜的热缓释结构的立体结构示意图；
31.图2为图1的分解示意图；
32.图3为本技术实施例一提供的x射线准直镜热变形控制装置的立体结构示意图；
33.图4为图3的分解示意图；
34.图5为本技术实施例一提供的冷却基座的立体结构示意图；
35.图6为本技术对比例二提供的传统同步辐射光束线准直镜的热缓释结构的立体结构示意图；
36.图7为图6的分解示意图；
37.图8为本技术实施例二提供的x射线准直镜热变形控制装置的立体结构示意图；
38.图9为图8的分解示意图；
39.图10为本技术实施例二提供的冷却基座的立体结构示意图；
40.图11为本技术对比例一中形变量与子午方向距离之间的曲线关系图；
41.图12为本技术实施例一中形变量与子午方向距离之间的曲线关系图；
42.图13为本技术对比例二中形变量与子午方向距离之间的曲线关系图；
43.图14为本技术实施例二中形变量与子午方向距离之间的曲线关系图；
44.图15为本技术对比例一中面形斜率与子午方向距离之间的曲线关系图；
45.图16为本技术实施例一中面形斜率与子午方向距离之间的曲线关系图；
46.图17为本技术对比例二中面形斜率与子午方向距离之间的曲线关系图；
47.图18为本技术实施例二中面形斜率与子午方向距离之间的曲线关系图。
48.其中，图中各附图主要标记：
49.1、反射镜；11、受光面；12、换热面；13、容置槽；
50.2、冷却介质；21、铟镓液态合金；22、铟箔片；
51.3、冷却基座；31、冷却介质通道；32、导热调节槽；321、槽部。
具体实施方式
52.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
53.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
54.在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
55.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
56.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
57.在整个说明书中参考“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征，结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，“在一个实施例中”或“在一些实施例中”的短语出现在整个说明书的各个地方，并非所有的指代都是相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征，结构或特性。
58.准直镜通常位于单色器之前，起到调节光束传播方向的作用。由于承受载荷且所处位置靠前，热负载功率相对较高；另外，准直镜出射光路需严格满足后续单色器入射角度需求，因此对于准直镜在热负载作用下的面形精度提出了较高的要求。
59.目前，解决上述问题的主要方法是增加冷却体系，即通过对反射镜结构以及冷却体系的调整可以实现对准直镜的热变形控制。现有准直镜热变形控制方法主要有：优化反射镜结构尺寸、反射镜侧面开槽、冷却面尺寸优化、电阻热补偿等。前三种方法通常应用于第三代同步辐射光源光束线中，但面形调控能力有限。电阻热补偿技术多应用于第四代高热负载工况，虽然具有较强的面形调控能力，但设备复杂、调试难度较高，不具备广泛应用的条件。
60.为此，本技术举例提供了两种传统同步辐射光束线准直镜的热缓释结构，分别记载于对比例一和对比例二中。基于上述两种传统的热缓释结构，本技术对应提供了两种改进后的x射线准直镜热变形控制装置，分别记载于实施例一和实施例二中，且实施例一是在对比例一的基础上进行的改进，实施例二是在对比例二的基础上进行的改进。
61.对比例一：
62.请参阅图1和图2，现对本技术对比例一提供的一种传统同步辐射光束线准直镜的热缓释结构进行说明。该准直镜的热缓释结构可包括反射镜1、冷却基座3、冷却介质2和固定组件(图未示)。其中，反射镜1可为单晶硅晶体，其结构可为长方体构型，尺寸可为长(500-600)毫米(mm)
×
宽(40-60)毫米(mm)
×
厚(40-60)毫米(mm)。
63.反射镜1的受光面11上开设有两条平行的容置槽13，各容置槽13的长度方向可沿反射镜1的长度方向设置；各容置槽13中灌注有呈液态的冷却介质2。其中，各容置槽13可为长方体构型，尺寸可为长(300mm-550mm)
×
宽(5mm-8mm)
×
深(3mm-15mm)。冷却介质2可为铟镓液态合金21，其成分可为in(indium，铟)(60-70)、ga(gallium，镓)(20-25)、sn(stannum，锡)(10-20)，本技术采用的铟镓液态合金21的成分比可为in62ga22sn16；冷却介质2注入容置槽13中的深度可为2mm-15mm。
64.冷却基座3的数量可为两个，各冷却基座3可由ofhc(oxygen free high conductivity，无氧高导电率)的铜材质制成，纯度在99％以上；各冷却基座3可为片状结构，尺寸可为长(370mm-390mm)
×
宽(4mm-5mm)
×
厚(10mm-20mm)；各冷却基座3上开设有冷却介质通道31，冷却介质通道31的长度方向可沿冷却基座3的长度方向设置，冷却介质通道31的横截面可呈圆形，直径可为5mm-10mm。各冷却介质通道31中可通入冷却水，水温30℃，流量1l/min-2l/min，以实现水流冷却。
65.固定组件与冷却基座3连接，冷却基座3的一端与固定组件连接，冷却基座3的另一端伸入冷却介质2中，浸入深度可为2mm-10mm。其中，固定组件可为目前普遍使用的常规结
构，如固定组件可包括横跨设置于反射镜1上的安装架和安装于安装架上的多个弹性夹，多个弹性夹可将冷却基座3的一端夹持固定，以实现对冷却基座3的悬挂，冷却基座3的另一端可伸入冷却介质2中以实现热交换。固定组件也可包括分别设于反射镜1的两侧的安装座和安装于各安装座上的多个弹性夹，各安装座上的多个弹性夹可实现对相应冷却基座3的夹持固定，两个安装座间隔设置，互不干涉。
66.上述对比例一是通过在反射镜1上开设容置冷却介质2的容置槽13，通过固定组件连接冷却基座3，以使冷却基座3伸入冷却介质2中实现对反射镜1的热缓释。但是，上述对比例一提供的准直镜的热缓释结构对于准直镜表面的热变形仍然难以控制，面形精度较低。
67.基于此，本技术实施例一提供了一种x射线准直镜热变形控制装置以解决上述问题，并结合附图对该x射线准直镜热变形控制装置进行详细说明。
68.实施例一：
69.请参阅图3和图4，本技术实施例一提供的x射线准直镜热变形控制装置可包括反射镜1、冷却介质2、冷却基座3和固定组件(图未示)。其中，反射镜1可为单晶硅晶体，其结构可为长方体构型，尺寸可为长(100mm-1600mm)
×
宽(30mm-150mm)
×
厚(30mm-150mm)，本技术可以采用尺寸为长(550mm-600mm)
×
宽40mm
×
厚60mm的反射镜1作为试验对象。冷却介质2可设于反射镜1上，起到换热冷却作用。
70.冷却基座3上分别开设有冷却介质通道31和导热调节槽32，冷却介质2、导热调节槽32和冷却介质通道31在沿反射镜1朝冷却基座3的热传递方向上依次设置，即反射镜1的热量可依次流经冷却介质2、导热调节槽32和冷却介质通道31，最后经冷却介质通道31中通入的冷却水而实现热缓释。其中，冷却基座3可由ofhc(oxygen free high conductivity，无氧高导电率)的铜材质制成，纯度在99％以上；各冷却基座3可为片状结构，尺寸可为长(45mm-1495mm)
×
宽(4mm-5mm)
×
厚(10mm-20mm)。本技术可选用尺寸为长390mm
×
宽4.5mm
×
厚15mm的冷却基座3作为试验对象。
71.固定组件与冷却基座3连接，冷却基座3的一端安装于固定组件上，冷却基座3的另一端可与冷却介质2接触。固定组件可起到对冷却基座3的固定作用。本技术实施例一提供的固定组件的结构与上述对比例一中提供的固定组件的结构相同，在此不再一一赘述。
72.此结构，在反射镜1通过冷却基座3与冷却介质2之间进行热交换的过程中，反射镜1的热量可依次流经冷却介质2、导热调节槽32和冷却介质通道31，导热调节槽32可调节反射镜1表面的温度分布，从而实现对反射镜1表面的热变形精确控制，有效提升反射镜1在高热负载下的面形精度。
73.在一个实施例中，请参阅图5，导热调节槽32可包括多个槽部321，多个槽部321沿冷却介质通道31的长度方向排列设置，即多个槽部321的排列方向平行于冷却介质通道31的长度方向，且相邻两个槽部321间隔设置。此结构，通过多个槽部321可实现对反射镜1的受光面11的不同位置的温度进行控制，进而实现对受光面11的热变形控制，提高面形精度。
74.其中，槽部321的数量可根据实际需要进行选择，如槽部321的数量可为两个或者三个。当槽部321的数量为两个时，各槽部321的横截面可为半圆形或者矩形，各槽部321的长度可约为冷却基座3的长度的1/3。
75.在一个实施例中，请参阅图5，槽部321的数量可为三个，位于两端的两个槽部321的宽度相同，位于两端的两个槽部321的宽度大于位于中间的槽部321的宽度，位于两端的
两个槽部321以位于中间的槽部321的中轴线可呈对称分布。此结构，三段槽部321可优化反射镜1的受光面11的温度布局，控制受光面11的中部温度略低于两端的温度，使得受光面11大致平整，面形精度可控制在1μrad(微弧度)以内。位于中部的槽部321起到了精细调控的作用，使得大体平整的面形进一步平直化，将面形精度降低至0.5μrad以内。两端的槽部321过长或过短，对应了受光面11整体的上凸和下凹，中间的槽部321过长或过短，对应了受光面11局部的不平整。
76.其中，各槽部321的长度可约为冷却基座3的长度的1/4-1/3，位于中间的槽部321的横截面可为矩形或者半圆形，位于两端的槽部321的横截面可为矩形、圆形、梯形、三角形等。两端采用横截面为梯形和三角形等形状的槽部321，其调节精度要高于横截面为圆形和矩形等形状的槽部321。可选地，三个槽部321的横截面均为半圆形，位于两端的槽部321的直径可为8mm，长度为99mm；中间的槽部321的直径可为1mm，长度为100mm。
77.在一些实施例中，冷却基座3的尺寸、冷却基座3上的导热调节槽32的开槽方式和光斑能量分布相对应。该设计目的是调节反射镜1温度分布以实现面形平直化。以对称光斑工况为例，最佳效果是反射镜1两端的温度略微高于中部，而通常光斑均匀或中部能量略高，则需要降低两端的换热效率，因此，两端的槽部321的宽度需要大于中间的槽部321的宽度。而为了面形平直化，两端的槽部321采用横截面为梯形向中间平滑过渡，其效果要优于横截面为矩形的槽部321。而中部温度分布不均匀会导致局部面形不平，为了进一步找平，需要进行中部开槽，由于二次找平需要精度高，因此，中间的槽部321的宽度应尽量小，采用1-3mm宽度较为合适。
78.在一个实施例中，请参阅图3，反射镜1的长度大于冷却基座3的长度，反射镜1的两端分别伸出冷却基座3，反射镜1的两端分别伸出冷却基座3的长度相同。此结构，可与导热调节槽32配合使受光面11的温度分布均匀，或受光面11两端的温度略高于中部的温度。膨胀隆起热面形降低，甚至产生下凹面形，从而与上凸的热翘曲面形相互抵消，进而实现准直镜面形优化。
79.在一个实施例中，请参阅图4，冷却介质2呈液态，反射镜1的受光面11上开设有容置冷却介质2的容置槽13，冷却基座3的一端与固定组件连接，冷却基座3的另一端伸入冷却介质2中。此结构，通过固定组件可实现对冷却基座3的悬挂，进而实现冷却基座3与冷却介质2接触换热。
80.其中，容置槽13可为长方体构型，尺寸可为长(50mm-1500mm)
×
宽(5mm-8mm)
×
深(3mm-15mm)，本技术可以使用尺寸为长(390mm-400mm)
×
宽(5mm-6mm)
×
深15mm的容置槽13作为试验对象。冷却介质2可为铟镓液态合金21，其成分可为in(indium，铟)(60-70)、ga(gallium，镓)(20-25)、sn(stannum，锡)(10-20)；冷却介质2注入容置槽13中的深度可为2mm-15mm。冷却基座3侵入冷却介质2中的深度可为2mm-10mm。
81.在一个实施例中，请参阅图3和图4，反射镜1的受光面11上开设有两个平行间隔设置的容置槽13；对应地，冷却基座3的数量也为两个，两个冷却基座3的一端分别安装于固定组件上，各冷却基座3的另一端伸入相应的冷却介质2中。其中，两个容置槽13可以反射镜1的中轴线呈对称设置，两个容置槽13之间的间距可为23mm-25mm。此结构，通过两个冷却基座3可进一步提高对反射镜1表面的热变形控制，提高面形精度。
82.在一个实施例中，请参阅图3和图4，冷却介质通道31和导热调节槽32开设于冷却
基座3的同一侧面上，即冷却介质通道31与导热调节槽32平行间隔设置于冷却基座3的同一侧面上。此结构，便于在同一开槽工序步骤中实现同步作业，提高冷却介质通道31和导热调节槽32的制备效率。
83.可选地，请参阅图4，当冷却基座3的数量为两个时，两个冷却基座3平行间隔设置，且两个冷却介质通道31背对设置，两个导热调节槽32背对设置。此结构，便于向两个冷却介质通道31中通入冷却水，避免两个冷却基座3间距太小而引起的不便。
84.其中，冷却介质通道31的长度方向可沿冷却基座3的长度方向设置，冷却介质通道31的横截面可呈圆形，直径可为6mm-10mm。其中，本技术可设置冷却介质通道31的直径为8mm作为试验对象。冷却介质通道31距离冷却基座3的顶部之间的距离可为8mm；冷却介质通道31中可通入冷却水，水温30℃，流量1l/min-2l/min，以实现水流冷却。
85.对比例二：
86.请参阅图6和图7，本技术对比例二还提供了一种传统同步辐射光束线准直镜的热缓释结构，可包括反射镜1、冷却基座3、冷却介质2和固定组件(图未示)。其中，反射镜1可为单晶硅晶体，其结构可为长方体构型，尺寸可为长(500-600)mm
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宽(40-60)mm
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厚(40-60)mm。
87.冷却介质2可为呈片状的铟箔片22，其成分in(indium，铟)的纯度在99％以上，厚度可为0.1mm-0.15mm。冷却基座3和冷却介质2的数量可为两个，各冷却基座3可由ofhc(oxygen free high conductivity，无氧高导电率)的铜材质制成，纯度在99％以上；各冷却基座3可呈长方体结构，尺寸可为(50mm-1500mm)
×
宽(8mm-12mm)
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厚(15mm-25mm)。各冷却基座3中开设有冷却介质通道31，冷却介质通道31的长度方向可沿冷却基座3的长度方向设置，冷却介质通道31的横截面可呈圆形，直径可为5mm-10mm。各冷却介质通道31中可通入冷却水，水温30℃，流量1l/min-2l/min，以实现水流冷却。
88.固定组件可为夹持座，该夹持座可与反射镜1配合实现对冷却介质2和冷却基座3的夹持固定，以使冷却介质2的一面与反射镜1的对应侧面贴合，冷却介质2的另一面与冷却基座3的对应侧面贴合。当冷却介质2的数量为两个时，夹持座的数量也可为两个。固定组件还可为弹性夹，可适用于两个冷却基座3的情形，即弹性夹可将两个冷却基座3夹紧于反射镜1上，使各冷却基座3与反射镜1配合实现对相应冷却介质2的夹持固定。
89.上述对比例二是通过在反射镜1的两侧分别设置冷却基座3，各冷却基座3与反射镜1配合夹持冷却介质2实现热缓释。但是，上述对比例二提供的准直镜的热缓释结构对于准直镜表面的热变形仍然难以控制，面形精度较低。
90.基于此，本技术实施例二提供了一种x射线准直镜热变形控制装置以解决上述问题，并结合附图对该x射线准直镜热变形控制装置进行详细说明。
91.实施例二：
92.请参阅图8和图9，本技术实施例二提供的x射线准直镜热变形控制装置包括反射镜1、冷却介质2、冷却基座3和固定组件。其中，反射镜1可为单晶硅晶体，其结构可为长方体构型，本技术可以采用尺寸为长(650mm-700mm)
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宽40mm
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厚60mm的反射镜1作为试验对象。
93.冷却基座3上分别开设有冷却介质通道31和导热调节槽32，冷却介质2、导热调节槽32和冷却介质通道31沿反射镜1朝冷却基座3的热传递方向上依次设置，即反射镜1的热
量可依次流经冷却介质2、导热调节槽32和冷却介质通道31，最后经冷却介质通道31中通入的冷却水而实现热缓释。其中，冷却基座3可由ofhc(oxygen free high conductivity，无氧高导电率)的铜材质制成，纯度在99％以上；各冷却基座3可呈长方体构型，本技术可选用尺寸为长470mm
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宽10mm
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厚20mm的冷却基座3作为试验对象。冷却介质通道31的长度方向可沿冷却基座3的长度方向设置，冷却介质通道31的横截面可呈圆形，直径可为6mm-10mm。其中，本技术可设置冷却介质通道31的直径为8mm作为试验对象。冷却介质通道31中可通入冷却水，水温30℃，流量1l/min-2l/min，以实现水流冷却。
94.固定组件与冷却基座3连接，冷却基座3的一端安装于固定组件上，冷却基座3的另一端可与冷却介质2接触。固定组件可起到对冷却基座3的固定作用。
95.此结构，在反射镜1通过冷却基座3与冷却介质2之间进行热交换的过程中，反射镜1的热量可依次流经冷却介质2、导热调节槽32和冷却介质通道31，导热调节槽32可调节反射镜1表面的温度分布，从而实现对反射镜1表面的热变形精确控制，有效提升反射镜1在高热负载下的面形精度。
96.在一个实施例中，请参阅图10，导热调节槽32可包括多个槽部321，多个槽部321沿冷却介质通道31的长度方向排列设置，即多个槽部321的排列方向平行于冷却介质通道31的长度方向，且相邻两个槽部321间隔设置。此结构，通过多个槽部321可实现对反射镜1受光面11的不同位置的温度进行控制，进而实现对反射镜1表面的热变形控制，提高面形精度。
97.其中，槽部321的数量可根据实际需要进行选择，如槽部321的数量可为两个或者三个。当槽部321的数量为两个时，各槽部321的横截面可为半圆形或者矩形，各槽部321的长度可约为冷却基座3的长度的1/3，在此不作唯一限定。
98.在一个实施例中，请参阅图10，槽部321的数量可为三个，位于两端的两个槽部321的宽度相同，位于两端的两个槽部321的宽度大于位于中间的槽部321的宽度，位于两端的两个槽部321以位于中间的槽部321的中轴线可呈对称分布。此结构，三段槽部321可优化反射镜1的受光面11的温度布局，控制受光面11的中部温度略低于两端的温度，使得受光面11大致平整，面形精度可控制在1μrad(微弧度)以内。位于中部的槽部321起到了精细调控的作用，使得大体平整的面形进一步平直化，将面形精度降低至0.5μrad以内。两端的槽部321过长或过短，对应了受光面11整体的上凸和下凹，中间的槽部321过长或过短，对应了受光面11局部的不平整。
99.其中，各槽部321的长度可约为冷却基座3的长度的1/4-1/3，位于中间的槽部321的横截面可为矩形或者半圆形，位于两端的槽部321的横截面构型可为矩形、圆形、梯形、三角形等。两端采用横截面为梯形和三角形等形状的槽部321，其调节精度要高于横截面为圆形和矩形等形状的槽部321。可选地，位于两端的槽部321的横截面呈梯形，上底为185mm，下底为88mm，高6.5mm，槽深为1mm；位于中间的槽部321的横截面呈矩形，长为100mm，高为0.5mm，槽深为1mm。
100.在一个实施例中，请参阅图8，反射镜1的长度大于冷却基座3的长度，反射镜1的两端分别伸出冷却基座3，反射镜1的两端分别伸出冷却基座3的长度相同。此结构，可与导热调节槽32配合使受光面11的温度分布均匀，或受光面11两端的温度略高于中部的温度。膨胀隆起热面形降低，甚至产生下凹面形，从而与上凸的热翘曲面形相互抵消，进而实现准直
镜面形优化。
101.在一个实施例中，请参阅图8和图9，反射镜1的受光面11的相邻两侧面分别为换热面12；冷却介质2呈片状结构，冷却基座3与反射镜1配合夹持固定冷却介质2，即冷却介质2的一面与换热面12贴合，冷却介质2的另一面与冷却基座3面向冷却介质2的侧面贴合；冷却基座3面向冷却介质2的侧面上开设有导热调节槽32。此结构，通过固定组件可将冷却基座3压紧于反射镜1上，从而实现对冷却介质2的夹持固定，进而实现对反射镜1热变形控制。其中，本技术实施例二提供的固定组件的结构与上述对比例二中提供的固定组件的结构相同，在此不再一一赘述。
102.其中，冷却介质2可为铟箔片22，其中in(indium，铟)的纯度在99％以上，厚度可为0.1mm-0.15mm，本技术可采用厚度为0.125mm的铟箔片22作为试验对象。
103.在一个实施例中，请参阅图8和图9，冷却介质2的数量为两个，冷却基座3的数量也为两个，两个冷却基座3分别与固定组件连接，各冷却基座3与反射镜1配合夹持相应冷却介质2，以使各冷却介质2的两面分别与相应换热面12和相应冷却基座3贴合，进而实现热传递。此结构，通过在反射镜1的两侧分别设置冷却介质2和冷却基座3，可进一步提高对反射镜1的热缓释作用，进一步提高对反射镜1的受光面11的热变形控制，提高面形精度。其中，两个冷却基座3夹持固定于反射镜1上的夹持力为0.1mpa-0.5mpa，本技术可采用0.2mpa的夹持力作为试验参数。
104.本技术实施例还提供了一种x射线准直镜热变形控制方法，采用上述实施例一和实施例二提供的x射线准直镜热变形控制装置，包括：
105.将冷却基座3与固定组件相连接，向冷却基座3上的冷却介质通道31中通入冷却液体，以实现冷却基座3、冷却介质2和反射镜1之间的热接触。其中，可直接向冷却介质通道31中通入冷却液体，也可以在冷却介质通道31中安装冷却管道，冷却管道中通入冷却液体。其中，冷却液体可为冷却水。
106.将入射光线照射于反射镜1上，在反射镜1通过冷却基座3与冷却介质2之间进行热交换的过程中，冷却基座3上的导热调节槽32调节换热路径上的热阻分布，调控反射镜1表面的温度分布，以实现对反射镜1表面的热变形控制。
107.为了论证本技术提供的x射线准直镜热变形控制装置的使用性能，本技术采用上述x射线准直镜热变形控制方法，分别将对比例一、对比例二、实施例一和实施例二进行了试验比对分析。其中，采用的材料参数及换热系数分别如表1和表2所示。
108.表1材料参数
109.110.表2换热系数
111.换热位置换热系数w/(m
·
℃)冷却水/水管壁3000冷却基座/铟镓液态合金150000反射镜/铟镓液态合金150000冷却基座/铟箔片/反射镜3000
112.本技术在工况一的条件下对对比例一和实施例一进行了对比试验，其工况一具体为：平面镜位于距离光源点30米位置处，水平放置。入射张角(h
×
v)(表示成像尺寸，其中h为横向像元个数*像元边长，v为纵向像元个数*像元边长)：0.15mrad(milli-radians，毫弧度角)
×
0.15mrad，掠入射角为0.6
°
。对应光斑尺寸为4.5mm
×
430.5mm。反射镜1总吸收热功率约为230w，最大功率密度为0.13w/mm2。使用有效长度仅占光斑总长度的85％，以此长度(366mm)作为面形误差计算范围。
113.本技术在工况二的条件下对对比例二和实施例二进行了对比试验，其工况二具体为：平面镜位于距离光源点30米位置处，镜面侧放。入射张角(h
×
v)：0.2mrad
×
0.2mrad，掠入射角为0.6
°
。对应光斑尺寸为575mm
×
6.0mm。反射镜1总吸收热功率约为399.5w，最大功率密度为0.138w/mm2。使用有效长度占光斑总长度的85％，以此长度(488mm)作为面形误差计算范围。
114.采用有限元技术模拟计算面形子午方向斜率误差，统计计算结果，各实施例中反射镜1的最高温度以及子午方向面形斜率误差(root mean square，均方根)结果见下表3。
115.表3结果统计
[0116][0117]
图11-图14分别给出了对比例一、实施例一、对比例二和实施例二中形变量与子午方向距离之间的曲线关系图；图15-图18分别给出了对比例一、实施例一、对比例二和实施例二中面形斜率与子午方向距离之间的曲线关系图。
[0118]
综合上述数据可以看出，本技术实施例一和实施例二提出的x射线准直镜热变形控制装置与传统对比例一和对比例二提出的准直镜的热缓释结构相比，在反射镜1温度分布调整及面形精度控制方面具有显著优势。
[0119]
本技术还提供了一种同步辐射装置，包括上述实施例一和实施例二提供的x射线准直镜热变形控制装置。此结构，采用上述的x射线准直镜热变形控制装置，结构设计简单，以较低的成本实现反射镜1温度分布的精准控制，实现高热负载工况下的受光面11的面形优化。
[0120]
以上所述仅为本技术的可选实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种x射线准直镜热变形控制装置，其特征在于，包括：反射镜；冷却基座，所述冷却基座上开设有冷却介质通道和导热调节槽；冷却介质，设于所述反射镜与所述冷却基座之间，用于实现所述反射镜与所述冷却基座的连接；固定组件，与所述冷却基座相连接，用于实现所述冷却基座、所述冷却介质和所述反射镜之间的热接触；其中，所述冷却介质、所述导热调节槽和所述冷却介质通道在沿所述反射镜朝所述冷却基座的热传递方向上依次设置。2.如权利要求1所述的x射线准直镜热变形控制装置，其特征在于：所述导热调节槽包括多个槽部，相邻两个所述槽部间隔设置，多个所述槽部沿所述冷却介质通道的长度方向排列设置。3.如权利要求1所述的x射线准直镜热变形控制装置，其特征在于：所述反射镜的长度大于所述冷却基座的长度，所述反射镜的两端分别伸出所述冷却基座。4.如权利要求1-3任一项所述的x射线准直镜热变形控制装置，其特征在于：所述冷却介质呈液态，所述反射镜的受光面上开设有容置所述冷却介质的容置槽；所述冷却基座靠近所述导热调节槽的一端伸入所述冷却介质中。5.如权利要求4所述的x射线准直镜热变形控制装置，其特征在于：所述冷却介质通道和所述导热调节槽开设于所述冷却基座的同一侧面上。6.如权利要求1-3任一项所述的x射线准直镜热变形控制装置，其特征在于：所述反射镜的受光面的相邻两侧面分别为换热面；所述冷却介质呈片状，所述冷却介质安装于所述换热面上，所述冷却基座与所述冷却介质背离所述换热面的侧面贴合，所述冷却基座面向所述冷却介质的侧面上开设有所述导热调节槽。7.如权利要求6所述的x射线准直镜热变形控制装置，其特征在于：所述冷却介质的数量为两个，两个所述冷却介质分别安装于两个所述换热面上；所述冷却基座的数量为两个，两个所述冷却基座分别与所述固定组件连接，各所述冷却基座与所述反射镜配合夹持相应所述冷却介质。8.一种x射线准直镜热变形控制方法，采用如权利要求1-7任一项所述的x射线准直镜热变形控制装置，其特征在于，包括：将冷却基座与固定组件相连接，向所述冷却基座上的冷却介质通道中通入冷却液体，以实现所述冷却基座、冷却介质和反射镜之间的热接触；将入射光线照射于所述反射镜上，在所述反射镜通过所述冷却基座与所述冷却介质之间进行热交换的过程中，所述冷却基座上的导热调节槽调节换热路径上的热阻分布，调控所述反射镜表面的温度分布，以实现对所述反射镜表面的热变形控制。

技术总结
本申请提供了一种X射线准直镜热变形控制装置及方法，包括反射镜；冷却基座，冷却基座上分别开设有冷却介质通道和导热调节槽；冷却介质，设于反射镜与冷却基座之间；固定组件，与冷却基座相连接。通过冷却基座经由冷却介质来降低接触热阻，可实现反射镜与冷却介质之间的高效间接热交换；通过在冷却基座上分别开设冷却介质通道和导热调节槽，且将冷却介质、导热调节槽和冷却介质通道在沿反射镜朝冷却基座的热传递方向上依次设置。在反射镜通过冷却基座与冷却介质之间进行热交换的过程中，导热调节槽可调节换热路径上的热阻分布，调控反射镜表面的温度分布，从而实现对反射镜表面的热变形精确控制，有效提升反射镜在高热负载下的面形精度。精度。精度。


技术研发人员：刘佳音 秦宏亮 计展 鄢欣欣 徐彬豪 赵文斌
受保护的技术使用者：深圳综合粒子设施研究院
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/22