NSRL-XAFS光束線改造中弧矢聚焦雙晶單色器相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、同步輻射光源是繼X光源和激光光源后為人類文明帶來革命性推動(dòng)的一種新型光源，它以高亮度、高準(zhǔn)直、高強(qiáng)度以及從紅外到X射線范圍內(nèi)的寬廣連續(xù)光譜等優(yōu)異特性，應(yīng)用方向的多樣性成為多學(xué)科交叉研究和相互融合的重要平臺(tái)。同步輻射光源及應(yīng)用方法近年來迅猛發(fā)展，要求更高的光子通量、時(shí)間、空間和能量分辯以及更小的束斑，與其配套的束線工程也日趨復(fù)雜，涉及真空、機(jī)械、光學(xué)、電子控制等多個(gè)學(xué)科。一條結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定的光束線是同步輻射光源成功應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。將聚焦系

2、統(tǒng)與晶體單色器結(jié)合形成的同步輻射弧矢聚焦雙晶單色器不但具有單色化同步輻射光的能力，還能水平聚焦光束，增大單色器的水平接收角，得到高通量、高光子密度和小尺寸的像斑?；∈妇劢咕w單色器簡化了光束線系統(tǒng)，降低了光束線的造價(jià)，是同步輻射光束線單色器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 本文依托于NSRL-XAFS光束線改造工程，對(duì)用于動(dòng)態(tài)能量掃描的弧矢聚焦晶體單色器中的關(guān)鍵技術(shù)作了系統(tǒng)的研究，建立對(duì)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)、制造和檢測的研究經(jīng)驗(yàn)。重點(diǎn)內(nèi)容包括以

3、下幾個(gè)方面： 1.晶體彎曲機(jī)構(gòu)研制：鑒于第二晶體壓彎機(jī)構(gòu)是弧矢聚焦單色器機(jī)械結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件，本文調(diào)研了國際上應(yīng)用較為普遍的壓彎方式，結(jié)合XAFS實(shí)驗(yàn)要求能量動(dòng)態(tài)掃描過程中固定光斑位置的特點(diǎn)，研制出定心雙搖桿晶體彎曲機(jī)構(gòu)，其原理是施加在晶體兩端的力偶轉(zhuǎn)動(dòng)中心繞兩搖桿中心運(yùn)動(dòng)，呈行星機(jī)構(gòu)，使得晶體彎曲圓弧始終相切于初始平面的中心線，保持晶體受光的中央?yún)^(qū)域空間位置不變，并在LTP上進(jìn)行了晶體彎曲實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了這一機(jī)構(gòu)的可行性。系統(tǒng)分析

4、比較了幾種能量掃描機(jī)構(gòu)及其原理，將原先用于雙平晶單色器的L型聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)改造后移植到弧矢聚焦單色器中。 2.能量掃描機(jī)構(gòu)的改進(jìn)：將Bragg轉(zhuǎn)動(dòng)中心選擇在第二塊弧矢曲面晶體的表面，加長第一晶體的長度。既避免了掃描時(shí)照射光束在動(dòng)態(tài)彎曲的弧面上移動(dòng)對(duì)衍射質(zhì)量和輸出束斑穩(wěn)定性的影響，又繼承了L型聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅一維轉(zhuǎn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)全譜掃描的優(yōu)點(diǎn)。 3.晶體熱緩釋技術(shù)研究：NSRL-XAFS光束線弧矢聚焦晶體單色器的第一晶體直接面對(duì)3×0.1

5、mrad<'2>的白光，表面溫度很高，由此引起的熱形變影響了單色器的輸出通量和能量分辯。延長了雙晶達(dá)到熱平衡的時(shí)間，縮短了有效實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)。為此本文對(duì)直接照射到晶面上的印斑進(jìn)行光學(xué)追跡和熱源分布計(jì)算，并分別建立了有無水冷兩種模型，比較溫度、溫差、變形和熱平衡時(shí)間，表明采用簡單的底面間接水冷措施，就能受到很好的冷卻效果，有效地減小了晶體溫度和熱形變，縮短了熱平衡時(shí)間。 4.鞍型形變抑制技術(shù)研究：分析了晶體彎曲產(chǎn)生鞍型形變的原理和國際上通用的抑

6、制鞍型形變的方法，重點(diǎn)對(duì)肋條薄晶體和黃金比例晶體兩種方法進(jìn)行建模、有限元分析、設(shè)計(jì)制造與離線測量，獲取了很多有用的數(shù)據(jù)。為弧矢聚焦晶體單色器的工程設(shè)計(jì)和工藝實(shí)施提供了有力依據(jù)。 本論文的工作是NSRL-XAFS光束線改造前期可行性方案的研究，通過對(duì)上述幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的探討，其結(jié)論是以弧矢聚焦雙晶單色器代替原有的雙平晶單色器，增大光學(xué)接受窗口、縮小樣品上的束斑、提高光子密度、改善光束線的整體性能的方案是可行的。論文還根據(jù)二期工程的光