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水冷单色器与精密冷水机

发布时间:2022-06-08      点击次数:108

在光学精密工程里,晶体单色器作为同步辐射光束线中重要的分光元件,广泛应用于上海同步辐射光源。是光束线中的关键设备,各实验站所需单色光波长、能量分辨率、光斑大小都是由单色器来实现或决定,它是整个同步辐射光应用中最重要的装备之一。

承担该项研制任务的西安光机所“水冷弧矢聚焦单色器"项目组,成功研制出我国第一台具有自主知识产权的水冷弧矢聚焦单色器。

水冷单色器结构的研究,离不开高精度控温的精密冷水机。而项目现场的公共冷水系统,满足不了单色器的冷却要求。在国内的多个加速器项目,比如上海同步辐射光源、北京正负电子对撞机以及正在建设的北京先进光源,大量使用单色器,需要配置不同技术要求的精密冷水机。

单色器对冷水机的温度、压力、流量的精密需求,这里分开阐述一下。

首先是循环水温度,温度主要是温控精度,温控精度一般要求±0.01度或者±0.0.2度。国内外大部分的冷水机满足不了这个温控要求,有的是温度控制的稳定性不够,有的是温度测量的温漂和时漂满足不了使用要求。

下图是长流仪器精密冷水机的24小时温度测试记录。

第二是循环压力。单色器包含大量的精密光学组件,对冷却水的循环压力比较敏感,首先是要求压力较高,其次是要求压力的稳定性。频繁的压力波动,对光学器件造成一定的干扰。对于单色器来说,既要避免启动压力的冲击,也要避免运行过程中压力的波动,这两部分必须解决好才能满足单色器的使用。

第三是冷却水的流量稳定性。流量的波动,一般不超过±0.03L/min。对精密冷水机的流量测量、循环泵选型、管道布置,都需要专业的设计考虑,才能满足流量波动性的要求。

上海光源X射线衍射光束线(BL14B1)和小角散射光束线(BL16B1)中的水冷弧矢聚焦单色器研制过程中,模拟分析了底冷式和曲顶槽式两种水冷结构,均能有效降低晶体表面的温升、减小变形量,长流仪器研发的控温精度±0.01℃精密冷水机,是其中一个重要的水冷组件。


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