CN111385951B - 一种软x射线光源 - Google Patents
一种软x射线光源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111385951B CN111385951B CN201811640371.0A CN201811640371A CN111385951B CN 111385951 B CN111385951 B CN 111385951B CN 201811640371 A CN201811640371 A CN 201811640371A CN 111385951 B CN111385951 B CN 111385951B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- support plate
- soft
- outlet
- nozzle
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 56
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 48
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 17
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 11
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010083687 Ion Pumps Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000000559 atomic spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010905 molecular spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 238000003963 x-ray microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
- H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
- H05G2/003—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/02—Constructional details
- H05G1/025—Means for cooling the X-ray tube or the generator
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/02—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
- H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
- H05G2/003—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas
- H05G2/006—X-ray radiation generated from plasma being produced from a liquid or gas details of the ejection system, e.g. constructional details of the nozzle
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
- H05G2/001—X-ray radiation generated from plasma
- H05G2/008—X-ray radiation generated from plasma involving a beam of energy, e.g. laser or electron beam in the process of exciting the plasma
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- X-Ray Techniques (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本申请公开了一种软X射线光源，包括真空靶室、制冷腔和喷嘴，制冷腔和喷嘴容置于真空靶室内，喷嘴设置于制冷腔上，真空靶室包括三通管和多通管，三通管具有相对的第一出口、第二出口和第三出口，第一出口与支撑板连接，制冷剂入口管道、制冷剂出口管道以及工作气体管道分别穿过支撑板并与制冷腔连接，第三出口与抽真空装置连接；多通管包括相对的顶部开口和底部开口，顶部开口与第二出口紧密连接，底部开口处设置真空出口，喷嘴的位置与侧面开口对应，喷嘴下方设置有凹槽，凹槽通过转接头固定，转接头设置于真空出口处，凹槽与真空出口连通。本申请可以使得制冷腔保持高制冷性能，保持微液流的稳定性，提高软X射线的性能。
Description
技术领域
本申请涉及软X射线领域，更具体地涉及一种软X射线光源。
背景技术
X射线是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为0.01～100埃米，介于紫外线和γ射线之间，具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质。波长越短的X射线能量越大，也称之为硬X射线，波长长的X射线能量较低，被称为软X射线。通常，波长小于0.1埃米的称超硬X射线，波长在0.1～10埃米范围内的称硬X射线，波长在10～100埃米范围内的称软X射线。
近年来，软X射线在很多科学领域得到了广泛的应用，特别是在软X射线显微成像与软X射线投影光刻技术等领域中，对低碎屑、高亮度、高稳定性的软X射线光源的需求日益强烈。另外，在原子光谱学、分子光谱学、等离子体物理学等学科中，常常会需要软X射线光源作为实验必需的手段，因此，软X射线光源的应用需求一直处于快速上升的趋势。
最早的激光等离子体软X射线光源使用的是固体金属靶，这种靶会产生较多的金属碎屑，这些碎屑可能会对靠近光源的光学器件造成破坏，使其无法发挥正常功能，极大降低了功效，导致实验或仪器中的光路无法正常工作。因此，随着技术的进步，液体微流靶开始广为使用。现有技术中主要通过半导体制冷装置与通有工作气体的管道相接触来实现气体液化，这种制冷装置存在两点不足：第一，对于一些液化点较低的工作气体(比如，氮气，常压下液化点-196℃)来说，半导体制冷装置的制冷能力无法达到将其液化的程度，即便是在高压之下；第二，制冷装置的效率不高，采用了螺旋式的通气管道与半导体制冷片之间通过金属导热板相接触，传热的效率并不高，这使得通气管处的温度难以与制冷片的温度保持一致。对于大多数液化点较低的工作气体，即使在成功液化之后，由于蒸发冷凝效应会产生固氮结晶，使得低温液流很难维持稳定的喷射。
同时，现有技术中的液体微流没有专门的收集装置，仅在液流垂直位置正下方的腔体底部有一处连有空泵管道，使得真空靶室内的真空度无法维持在很高的水准。由于软X射线属于低能X射线，波长较长，在空气中的吸收很强，真空靶室内真空度的不足会使激光等离子体所产生的软X射线被部分吸收，光源的光强将会削弱。
另外，现有技术中使用的均是结构固定、不可调节的液体微流靶装置，喷嘴的位置在安装完成之后是固定不可调的，许多软X射线的应用，如软X射线显微镜中，要求光源具有高度的几何对称性，若光源装置在加工中存在误差或者由于仪器老化导致喷嘴位置出现偏差，将会直接影响到仪器的应用，降低应用性能。
总之，现有技术中的液体微流靶激光等离子体软X射线光源中存在着液体微流靶的制冷性能不足、液流的稳定性较差、激光等离子体的尺寸、空间稳定性以及亮度等性能较差等问题，难以满足应用需求。
发明内容
本申请的目的是提供一种软X射线光源，从而解决上述技术问题中的至少一种。
为了解决上述技术问题，本申请的技术方案是提供一种软X射线光源，该软X射线光源包括真空靶室、制冷腔和喷嘴，所述制冷腔和所述喷嘴容置于所述真空靶室内，所述喷嘴设置于所述制冷腔上，所述真空靶室包括三通管和多通管，所述三通管具有相对的第一出口和第二出口以及位于所述第一出口和所述第二出口之间的第三出口，所述第一出口与支撑板连接，制冷剂入口管道、制冷剂出口管道以及工作气体管道分别穿过所述支撑板并与所述制冷腔连接，所述第三出口与抽真空装置连接；所述多通管包括相对的顶部开口和底部开口以及位于所述顶部开口与所述底部开口之家的若干个侧面开口，所述顶部开口与所述第二出口紧密连接，所述底部开口处设置真空出口，所述喷嘴的位置与所述侧面开口对应，所述喷嘴下方设置有凹槽，所述凹槽通过转接头固定，所述转接头设置于所述真空出口处，所述凹槽与所述真空出口连通。
根据本申请的一个实施例，所述制冷腔下方设置有转接件，所述制冷腔下方设置有转接件，所述喷嘴设置于所述转接件上，所述工作气体管道通过所述转接件与所述喷嘴连接。
根据本申请的一个实施例，所述喷嘴处设置有温度传感器。
根据本申请的一个实施例，所述转接头上设置有导热杆，所述导热杆与所述制冷腔连接。
根据本申请的一个实施例，所述转接头上设置有导热管，所述导热管与所述制冷腔连通。
根据本申请的一个实施例，所述凹槽设置于一锥形台顶部，所述锥形台与所述转接头固定连接。
根据本申请的一个实施例，所述喷嘴外围设置有加热器，比如电阻丝。
根据本申请的一个实施例，所述软X射线光源还包括波纹管和三维位移机构，所述支撑板设置于所述真空靶室上，所述支撑板上设置有穿过所述支撑板的制冷剂入口管道、制冷剂出口管道和工作气体管道，所述制冷剂入口管道和所述制冷剂出口管道分别与所述制冷腔连通，所述工作气体管道穿过所述制冷腔并与所述喷嘴连接；所述波纹管设置于所述支撑板与所述真空靶室之间，所述制冷剂入口管道、制冷剂出口管道和工作气体管道均从所述波纹管内部穿过；所述三维位移机构设置于所述支撑板与所述真空靶室之间。
根据本申请的一个实施例，所述三维位移机构包括第一位移调节器、第二位移调节器以及第三位移调节器，所述第一位移调节器、第二位移调节器以及第三位移调节器均设置于所述支撑板与所述真空靶室之间并分别控制所述支撑板沿相互垂直的三个方向移动。
根据本申请的一个实施例，所述软X射线光源还包括相互平行布置且套设于所述波纹管外侧的第一支撑板、第二支撑板以及第三支撑板，所述第一支撑板通过所述第三位移调节器可活动地固定于所述支撑板上，所述第二支撑板通过所述第二位移调节器可活动地固定于所述第一支撑板上，所述第二支撑板同时通过所述第一位移调节器可活动地固定于所述第三支撑板上，所述第三支撑板固定于所述真空靶室上。
根据本申请的一个实施例，所述第一位移调节器包括第一支撑架、第一推进器、第一导轨以及第一导轨槽，所述第一支撑架固定于所述第三支撑板上，所述第一推进器固定于所述第一支撑架上并与所述第二支撑板对应，所述第一导轨沿第一方向固定于所述第三支撑板上，所述第一导轨槽固定于所述第二支撑板下方并与所述第一导轨滑动配合。
根据本申请的一个实施例，所述第二位移调节器包括第二支撑架、第二推进器、第二导轨以及第二导轨槽，所述第二支撑架固定于所述第二支撑板上，所述第二推进器固定于所述第二支撑架上并与所述第一支撑板对应，所述第二导轨沿第二方向固定于所述第二支撑板上，所述第二导轨槽固定于所述第一支撑板下方并与所述第二导轨滑动配合，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
根据本申请的一个实施例，所述第三位移调节器包括螺杆和螺帽，所述螺杆沿第三方向均匀的固定于所述第一支撑板上，所述支撑板通过所述螺帽与所述螺栓的配合固定于所述螺栓上，所述第三方向与所述第一方向、所述第二方向相互垂直。
根据本申请的一个实施例，所述第三位移调节器采用若干个沿第三方向设置的步进器，所述支撑板通过所述步进器固定于所述第一支撑板上，所述第三方向与所述第一方向、所述第二方向相互垂直。
根据本申请的一个实施例，所述第一推进器或者所述第二推进器采用微分头。
根据本申请的一个实施例，所述工作气体管道其中一段形成为横截面积增大的冷凝腔，所述冷凝腔的至少一部分位于所述制冷腔内。
本申请提供的软X射线光源，针对上述不足，使用了多路真空系统，在喷嘴下方采用锥形金属台和真空泵管道配合，防止低温微流在流动的过程中进一步气化使真空度降低，并造成软X射线的消耗，在真空靶室腔体上方设置有另一组真空泵抽取腔内气体，维持腔内高真空。同时，采用制冷腔内的制冷剂与通有工作气体的直通管道直接接触的方式降温，制冷效果可以随制冷剂的选用进行调整，并且可以达到极低的温度并液化某些液化点较低的工作气体，比如液氮；在喷嘴外围通过电阻丝在喷嘴出口处进行加热，以增加液流稳定性。另外，在装置上设置三维位移机构以实现在X、Y、Z三轴方向上调节喷嘴位置，从而实现光源几何位置的调节。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请的一个实施例的软X射线光源的立体示意图；
图2是根据图1的软X射线光源的局部放大的立体示意图，其中示出了三维位移机构；
图3是根据图1的软X射线光源的局部剖切的立体示意图；
图4是根据图1的软X射线光源的剖面示意图，其中仅示出了上半部分；
图5是根据图1的软X射线光源的剖面示意图，其中仅示出了下半部分；
图6是根据图5的软X射线光源的局部放大的立体示意图，其中示出了喷嘴和加热机构；
图7是根据图1的软X射线光源的外部设备连接的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本申请做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本申请而非用于限制本申请的范围。
需要说明的是，当部件/零件被称为“设置在”另一个部件/零件上，它可以直接设置在另一个部件/零件上或者也可以存在居中的部件/零件。当部件/零件被称为“连接/联接”至另一个部件/零件，它可以是直接连接/联接至另一个部件/零件或者可能同时存在居中部件/零件。本文所使用的术语“连接/联接”可以包括电气和/或机械物理连接/联接。本文所使用的术语“包括/包含”指特征、步骤或部件/零件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、步骤或部件/零件的存在或添加。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意的和所有的组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而并不是旨在限制本申请。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是根据本申请的一个实施例的软X射线光源的立体示意图，由图1可知，本申请提供的软X射线光源包括三维位移机构、真空靶室、制冷机构和光源产生机构，下面结合附图进行零部件的详细描述。
在图1中，三维位移机构包括支撑板10、波纹管60、第一法兰盘30、第一位移调节器70、第二位移调节器80以及第三位移调节器14，其中，支撑板10呈板状；波纹管60呈筒状并可以实现沿其轴向伸缩，波纹管60的顶部密封设置于支撑板10的下板面上，波纹管60的底部与第一法兰盘30紧密连接，支撑板10、波纹管60以及第一法兰盘30形成密闭的大致筒状的空间；定义该筒状空间的竖向中心线(即图中纸面的竖向)为Z轴方向，定义与Z轴方向垂直的平面中两个相互互相垂直的方向为X轴和Y轴方向；第一法兰盘30上设置有若干个沿Z轴方向延伸的第一螺杆24，第一螺杆24的顶部固定设置有环形的第三支撑板23，第三支撑板23上设置有第一位移调节器70；第二支撑板22与第三支撑板23形状相同且相互平行设置，第二支撑板22位于第三支撑板23上方且通过第一位移调节器70与第三支撑板23连接，第二支撑板22上设置有第二位移调节器80；第一支撑板21与第二支撑板22形状相同且相互平行设置，第一支撑板21位于第二支撑板22上方且通过第二位移调节器80与第二支撑板22连接；第一支撑板21、第二支撑板22以及第三支撑板23大致层叠布置且具有相同大小的通孔，波纹管60容置于这些通孔中；第一支撑板21上设置若干个(通常为三个)沿Z轴方向延伸的第二螺杆15，支撑板10通过调节螺母14固定于第二螺杆15上，此时调节螺母14即形成为第三位移调节器，第三位移调节器14可以沿Z轴方向调节支撑板10的位置；支撑板10上还设置有工作气体管道11、制冷剂出口管道12以及制冷剂入口管道13，工作气体管道11、制冷剂出口管道12以及制冷剂入口管道13自外穿过支撑板10并插入波纹管60内部。
进一步地，在图1中，真空靶室包括三通管40以及多通管50，三通管40具有三个出口：顶部出口、底部出口和侧面出口，顶部出口和底部出口之间形成沿Z轴方向延伸的筒状空间，侧面出口与该筒状空间连通；顶部出口处设置有第二法兰盘41，侧面出口处设置有第三法兰盘42，底部出口处设置有第四法兰盘43；第一法兰盘30与第二法兰盘41通过垫片和螺栓紧密连接；多通管50具有上开口、下开口以及若干个侧面开口，上开口和下开口之间形成沿Z轴方向延伸的筒状空间，侧面开口与该筒状空间连通，同时，上开口处形成有第五法兰盘51，下开口处形成有第六法兰盘53，侧面开口处可以设置有对应的法兰盘52、54等，第五法兰盘51与第四法兰盘43通过垫片核螺栓紧密连接；第六法兰盘53中部设置有真空排气口511。本领域技术人员需要注意的是，虽然第一法兰盘30与第二法兰盘41紧密连接，但是第一法兰盘30上侧的波纹管60内的筒状空间与第二法兰盘41下侧的三通管40内的筒状空间是不相连通的；虽然第四法兰盘43与第五法兰盘51紧密连接，但是第四法兰盘43上侧的三通管40内的筒状空间与第五法兰盘51下侧的多通管50内的筒状空间是相连通的。多通管50侧面处的多个侧面开口处可以根据需要相应的设置CCD固定器55、CCD转接器56；激光防护罩57、观察窗58、59等，其为本领域技术人员常用的设置手段，在此不再赘述。
更进一步地，图2是根据图1的软X射线光源的局部放大的立体示意图，由图2可知，第一法兰盘30与第二法兰盘41上靠近圆周处设置有均匀分布的螺栓孔，通过在螺栓孔内插入紧固螺栓实现第一法兰盘30与第二法兰盘41的紧密连接；第一法兰盘30通过若干个第一螺杆24与第三支撑板23固定连接，使得二者之间不可相对运动；第一位移调节器70包括第一支架71、第一推进器72、第一导轨73以及第一导轨槽74(图4)，其中，第一支架71呈L形，第一支架71的一端固定于第三支撑板23上，第一支架71的另一端向上凸起并与第三支撑板23所在的平面垂直；第一推进器72沿着X轴方向设置于第一支架71的另一端上并与第二支撑板22对齐，使得第一推进器72的运动可以推动第二支撑板22运动；两个第一导轨73设置于第三支撑板23的上表面且沿X轴向延伸，两个第一导轨73关于波纹管60对称布置且相互平行，第二支撑板22的下表面上设置有与第一导轨73配合的第一导轨槽74(图4)，第一导轨73容置于第一导轨槽74中且可以沿着第一导轨槽74滑动，当第一推进器72运动时，第二支撑板22沿着第一导轨73在X轴方向滑动；第二位移调节器80包括第二支架81、第二推进器82、第二导轨83以及第二导轨槽，其中，第二支架81呈L形，第二支架81的一端固定于第二支撑板22上，第二支架81的另一端向上凸起并与第一支撑板21所在的平面垂直；第二推进器82沿着Y轴方向设置于第二支架81的另一端上并与第一支撑板21对齐，使得第二推进器82的运动可以推动第一支撑板21运动；两个第二导轨83设置于第二支撑板22的上表面且沿Y轴向延伸，两个第二导轨83关于波纹管60对称布置且相互平行，第一支撑板21的下表面上设置有与第二导轨83配合的第二导轨槽，第二导轨83容置于第二导轨槽中且可以沿着第二导轨槽滑动，当第二推进器82运动时，第一支撑板21沿着第二导轨83在Y轴方向滑动；由于波纹管60呈筒状并可以实现沿轴向伸缩，波纹管60的顶部密封设置于支撑板10的下板面上，支撑板10通过调节螺母14固定于第二螺杆15上，因此，当分别调节第一推进器71和第二推进器82时，支撑板10也会相应的沿着X轴方向、Y轴方向运动；当调节第三位移调节器14时，支撑板10相应的沿Z轴方向运动。
进一步地，图3是根据图1的软X射线光源的局部剖切的立体示意图，图4是根据图1的软X射线光源的剖面示意图，图5是根据图1的软X射线光源的剖面示意图，由图4、图5结合图3可知，支撑板10上还设置有工作气体管道11、制冷剂出口管道12以及制冷剂入口管道13，工作气体管道11、制冷剂出口管道12以及制冷剂入口管道13自外穿过支撑板10并插入波纹管60内部。制冷机构包括制冷腔44、制冷剂入口管道13以及制冷剂出口管道12，其中，制冷腔44形成为筒状且容置于真空靶室中，具体地，制冷腔44自三通管40的内部延伸入多通管50的内部，制冷剂入口管道13以及制冷剂出口管道12分别自支撑板10的顶端穿过波纹管60内部、第一法兰盘30和第二法兰盘41而与制冷腔44的顶部连通固定，使得制冷剂可以自制冷剂入口管道13输送入制冷腔44内以降低制冷腔44内的温度，制冷腔44内生成的气体经由制冷剂出口管道12排出制冷腔44；工作气体管道11自支撑板10的顶端穿过波纹管60内部、第一法兰盘30、第二法兰盘41以及制冷腔44，工作气体管道11穿出制冷腔44后与喷嘴连接，工作气体管道11的中部形成一个横截面积增大的冷凝腔111，冷凝腔111的至少一部分位于制冷腔44内，需要注意的是，工作气体管道11的内部与制冷腔44的内部不相连通，工作气体(比如氮气)经过工作气体管道11向喷嘴输送，并在此过程中被液化，经由喷嘴流出时工作气体的状态已经变成液化状态，工作气体中的水分在经过冷凝腔11时被冷凝，使得继续前进的工作气体保持其纯度以防止喷嘴阻塞。
图6是根据图5的软X射线光源的局部放大的立体示意图，由图6结合图3可知，光源产生机构包括喷嘴36，喷嘴36设置于制冷腔44下方并且通过转接件35固定于制冷腔44下方，喷嘴36与工作气体管道11连通以使得经过冷凝变为液体的工作气体从喷嘴36处流出；转接件35通常采用金属转接件以使得温度传递更加迅速准确；转接件35的外围设置有温度传感器31以便于实时监控喷嘴36周围的温度变化情况，温度传感器31通过设置在支撑板10顶部的其中一个插头17与外部装置连接。制冷腔44的下方还设置有连接片32，连接片32上设置有电阻丝支架33，电阻丝支架33上设置有电阻丝34，其中一部分电阻丝呈螺旋形包裹在喷嘴36的侧面，电阻丝34通过导线与设置在支撑板10顶部的另外一个插头17连接以方便为电阻丝供电。电阻丝34的加热可以抵消由于制冷剂液体蒸发、冷凝而导致的温度降低，同时不会破坏低温液体周围环境的高真空，使得微液流的稳定性进一步提升，同时当喷嘴36被冷凝阻塞的时候可通过电阻丝34加热进行疏通。喷嘴36的下方还设置有金属锥台37，通常设置于在喷嘴36下方15mm处，金属锥台37的顶部设置有向金属锥台37内部中空的凹槽，该凹槽用于接收从喷嘴36流出的残余的液体。该金属锥台37的设计能更好地将由于蒸发对真空度影响较大的残余的液体及时抽走，减少软X射线的消耗。金属锥台37的下方进一步通过金属转接头513以及金属接头512与真空排气口511连接，使得通过真空排气口511可以将上述残余的液体抽出。需要注意的是，金属转接头513上还设置有沿Z轴方向延伸的导热杆38，导热杆38与制冷腔44连接以通过热传递使得金属转接头513、金属锥台37的温度与喷嘴36处的温度相当，从而保证残余的液体不会因为温度变化而转化状态，使真空靶室内的真空度降低，影响软X射线的亮度。或者金属转接头513上还设置有沿Z轴方向延伸的导热管38，导热管管38与制冷腔44连接以使得制冷腔44内的制冷剂可以输送至金属转接头513、金属锥台37，使其温度与制冷腔44内的温度相当，从而防止低温液体微流在流动的过程中进一步气化使真空度降低，造成软X射线的消耗。
由于喷嘴36固定于制冷腔44上，制冷腔44通过制冷剂入口管道13、制冷剂出口管道12和工作气体管道11固定于支撑板10上，因此，通过第一位移调节器70、第二位移调节器80以及第三位移调节器14可以实现喷嘴36的几何位置的多轴可调，可实现在光源工作时调节真空靶室中喷嘴在X、Y、Z轴三个方向的，从而控制液体微流的位置，最终达到调节软X射线光源位置的目的。
图7是根据图1的软X射线光源的外部设备连接的示意图，由图7可知，该软X射线光源还包括制冷剂存储器1，制冷剂存储器1通过传输管2与制冷剂入口管道13连接，传输管2上设置有低温电磁阀3以自动控制制冷剂的输入量并维持制冷腔内的压强稳定；该软X射线光源进一步还包括分子真空泵4，分子真空泵4通过真空传输管200与制冷剂出口管道12连接，真空传输管200上设置有高温缓冲腔6，高温缓冲腔6处设置加热器7，高温缓冲腔6和分子真空泵4之间还设置有真空电磁阀5，通过高温缓冲腔6和加热器7对抽出的低温制冷剂加热，防止温度过低的制冷剂损坏真空电磁阀5和分子真空泵4，真空电磁阀5可以设置真空度阈值，制冷腔内压强过低时闭合，制冷腔内压强过高时打开，从而实现制冷腔内温度的控制。通过分子真空泵4使得制冷腔44内部的制冷剂循环更替，使得喷嘴处能够实现更低的制冷温度，精确可调，制冷效率更高，能将某些液化点很低的气体(如氮气)液化，并获得更稳定的喷射与更长的喷射距离，使得软X射线光源的稳定性更强，同时也适用于更多种类的气体靶材。多通管50的侧面上还设置有真空计接口510，真空计通过真空计接口510与多通管50连接以测量多通管50内部的真空度。光源产生机构还包括高能激光脉冲发生器，高能激光脉冲入口设置在多通管50侧面上的其中一个出口处，在该出口外部设置有激光聚焦透镜8，激光聚焦透镜8可将高能激光脉冲100聚焦于多通管50内部的喷嘴36处并作用于液体微流上，从而使得液体微流等离子体化并产生软X射线。为了维持多通管50以及三通管40内的真空度，三通管40上的第三法兰盘42处和多通管50底部的真空排气口511处都连接有抽真空装置，由于抽真空的出气口分别位于真空靶室的上下两端，使得真空靶室内的真空度能够维持在很高的水平。
本领域技术人员需要注意的是，本申请技术方案中所提到的第一位移调节器和第二位移调节器可以采用微分头，第三位移调节器可以采用其它步进装置进行替换，即凡是能够实现微米精度手动、自动调节直线位移的调节机构，比如电动位移台，均落入本申请的保护范围。本领域技术人员还需要注意的是，喷嘴可采用耐低温的玻璃喷嘴，转接件、转接头以及金属锥台等均可以采用耐低温的金属材料制作；高能激光脉冲可以通过高能纳秒脉冲激光器产生，还可以通过其它短脉冲高能激光的光源产生，比如飞秒脉冲激光器等，在此不再赘述。本申请中的真空泵可以采用离子泵、罗茨泵等以实现真空靶室内的高真空。工作气体优选的采用氮气，氮气只是作为产生激光等离子体的一种靶物质，凡是能产生激光等离子体能够辐射一定强度软X射线的物质(气体或液体)，比如酒精、氙气等物质，均落入本申请的保护范围。
以上所述的，仅为本申请的较佳实施例，并非用以限定本申请的范围，本申请的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本申请申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本申请专利的权利要求保护范围。本申请未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (17)
1.一种软X射线光源，所述软X射线光源包括真空靶室、制冷腔和喷嘴，所述制冷腔和所述喷嘴容置于所述真空靶室内，所述喷嘴设置于所述制冷腔上，其特征在于，所述真空靶室包括：
三通管，所述三通管具有相对的第一出口、第二出口以及位于所述第一出口和所述第二出口之间的第三出口，所述第一出口与支撑板连接，制冷剂入口管道、制冷剂出口管道以及工作气体管道分别穿过所述支撑板并与所述制冷腔连接，所述第三出口与抽真空装置连接；以及
多通管，所述多通管包括相对的顶部开口、底部开口以及位于所述顶部开口与所述底部开口之间的若干个侧面开口，所述顶部开口与所述第二出口紧密连接，所述底部开口处设置真空出口，所述喷嘴的位置与所述侧面开口对应，所述喷嘴下方设置有凹槽，所述凹槽通过转接头固定，所述转接头设置于所述真空出口处，所述凹槽与所述真空出口连通。
2.根据权利要求1所述的软X射线光源，其特征在于，所述制冷腔下方设置有转接件，所述喷嘴设置于所述转接件上，所述工作气体管道通过所述转接件与所述喷嘴连接。
3.根据权利要求1所述的软X射线光源，其特征在于，所述喷嘴处设置有温度传感器。
4.根据权利要求1所述的软X射线光源，其特征在于，所述转接头上设置有导热杆，所述导热杆与所述制冷腔连接。
5.根据权利要求1所述的软X射线光源，其特征在于，所述转接头上设置有导热管，所述导热管与所述制冷腔连通。
6.根据权利要求1所述的软X射线光源，其特征在于，所述凹槽设置于一锥形台顶部，所述锥形台与所述转接头固定连接。
7.根据权利要求1所述的软X射线光源，其特征在于，所述喷嘴外围设置有加热器。
8.根据权利要求1所述的软X射线光源，其特征在于，所述软X射线光源还包括波纹管和三维位移机构：
所述支撑板设置于所述真空靶室上，所述支撑板上设置有穿过所述支撑板的制冷剂入口管道、制冷剂出口管道和工作气体管道，所述制冷剂入口管道和所述制冷剂出口管道分别与所述制冷腔连通，所述工作气体管道穿过所述制冷腔并与所述喷嘴连接；
波纹管，所述波纹管设置于所述支撑板与所述真空靶室之间，所述制冷剂入口管道、制冷剂出口管道和工作气体管道均从所述波纹管内部穿过；
所述三维位移机构设置于所述支撑板与所述真空靶室之间。
9.根据权利要求8所述的软X射线光源，其特征在于，所述三维位移机构包括第一位移调节器、第二位移调节器以及第三位移调节器，所述第一位移调节器、第二位移调节器以及第三位移调节器均设置于所述支撑板与所述真空靶室之间并分别控制所述支撑板沿相互垂直的三个方向移动。
10.根据权利要求9所述的软X射线光源，其特征在于，所述软X射线光源还包括相互平行布置且套设于所述波纹管外侧的第一支撑板、第二支撑板以及第三支撑板，所述第一支撑板通过所述第三位移调节器可活动地固定于所述支撑板上，所述第二支撑板通过所述第二位移调节器可活动地固定于所述第一支撑板上，所述第二支撑板同时通过所述第一位移调节器可活动地固定于所述第三支撑板上，所述第三支撑板固定于所述真空靶室上。
11.根据权利要求10所述的软X射线光源，其特征在于，所述第一位移调节器包括第一支撑架、第一推进器、第一导轨以及第一导轨槽，所述第一支撑架固定于所述第三支撑板上，所述第一推进器固定于所述第一支撑架上并与所述第二支撑板对应，所述第一导轨沿第一方向固定于所述第三支撑板上，所述第一导轨槽固定于所述第二支撑板下方并与所述第一导轨滑动配合。
12.根据权利要求11所述的软X射线光源，其特征在于，所述第二位移调节器包括第二支撑架、第二推进器、第二导轨以及第二导轨槽，所述第二支撑架固定于所述第二支撑板上，所述第二推进器固定于所述第二支撑架上并与所述第一支撑板对应，所述第二导轨沿第二方向固定于所述第二支撑板上，所述第二导轨槽固定于所述第一支撑板下方并与所述第二导轨滑动配合，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
13.根据权利要求12所述的软X射线光源，其特征在于，所述第三位移调节器包括螺杆和螺帽，所述螺杆沿第三方向均匀的固定于所述第一支撑板上，所述支撑板通过所述螺帽与所述螺杆的配合固定于所述螺杆上，所述第三方向与所述第一方向、所述第二方向相互垂直。
14.根据权利要求12所述的软X射线光源，其特征在于，所述第三位移调节器采用若干个沿第三方向设置的步进器，所述支撑板通过所述步进器固定于所述第一支撑板上，所述第三方向与所述第一方向、所述第二方向相互垂直。
15.根据权利要求11所述的软X射线光源，其特征在于，所述第一推进器采用微分头。
16.根据权利要求12所述的软X射线光源，其特征在于，所述第二推进器采用微分头。
17.根据权利要求1所述的软X射线光源，其特征在于，所述工作气体管道其中一段形成为横截面积增大的冷凝腔，所述冷凝腔的至少一部分位于所述制冷腔内。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811640371.0A CN111385951B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种软x射线光源 |
| PCT/CN2019/113890 WO2020134500A1 (zh) | 2018-12-29 | 2019-10-29 | 一种软x射线光源 |
| JP2021536731A JP7193182B2 (ja) | 2018-12-29 | 2019-10-29 | 軟ｘ線光源 |
| EP19902215.3A EP3905857A4 (en) | 2018-12-29 | 2019-10-29 | SOFT X-RAY LIGHT SOURCE |
| US17/309,899 US11751318B2 (en) | 2018-12-29 | 2019-10-29 | Soft X-ray light source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811640371.0A CN111385951B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种软x射线光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111385951A CN111385951A (zh) | 2020-07-07 |
| CN111385951B true CN111385951B (zh) | 2022-07-12 |
Family
ID=71127557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811640371.0A Active CN111385951B (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种软x射线光源 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11751318B2 (zh) |
| EP (1) | EP3905857A4 (zh) |
| JP (1) | JP7193182B2 (zh) |
| CN (1) | CN111385951B (zh) |
| WO (1) | WO2020134500A1 (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001068297A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Masaki Yamamoto | 軟ｘ線利用装置のデブリ除去機構 |
| EP1760725A2 (en) * | 2005-08-30 | 2007-03-07 | Wonkwang University Center for Industry - Academy Cooperation | Soft X-ray microscope |
| CN102735672A (zh) * | 2012-07-04 | 2012-10-17 | 山西大学 | 直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法和装置 |
| CN205374283U (zh) * | 2016-01-13 | 2016-07-06 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种小孔径长距离光学兼容真空样品腔 |
| CN106841261A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-06-13 | 温州大学 | 一种腔外可控的真空气体靶装置 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459771A (en) * | 1994-04-01 | 1995-10-17 | University Of Central Florida | Water laser plasma x-ray point source and apparatus |
| US6065203A (en) * | 1998-04-03 | 2000-05-23 | Advanced Energy Systems, Inc. | Method of manufacturing very small diameter deep passages |
| US6105885A (en) * | 1998-04-03 | 2000-08-22 | Advanced Energy Systems, Inc. | Fluid nozzle system and method in an emitted energy system for photolithography |
| JP2000091095A (ja) | 1998-09-14 | 2000-03-31 | Nikon Corp | Ｘ線発生装置 |
| US6190835B1 (en) * | 1999-05-06 | 2001-02-20 | Advanced Energy Systems, Inc. | System and method for providing a lithographic light source for a semiconductor manufacturing process |
| JP3879990B2 (ja) | 2002-05-17 | 2007-02-14 | 独立行政法人放射線医学総合研究所 | スラッシュガスターゲットの製造方法とその装置 |
| JP4164399B2 (ja) * | 2003-04-11 | 2008-10-15 | キヤノン株式会社 | Ｅｕｖ光源のガス流量計測装置および測定方法 |
| US7137274B2 (en) * | 2003-09-24 | 2006-11-21 | The Boc Group Plc | System for liquefying or freezing xenon |
| CN100373994C (zh) * | 2004-11-02 | 2008-03-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种液体微流喷射靶激光等离子体软x射线光源 |
| JP4517147B2 (ja) | 2004-11-26 | 2010-08-04 | 国立大学法人 宮崎大学 | 極端紫外光源装置 |
| CN101111119B (zh) * | 2006-07-20 | 2011-05-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种微流靶激光等离子体软x射线-极紫外光源 |
| CN103234481B (zh) * | 2013-04-28 | 2015-06-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种金刚石刀具刀尖圆弧圆度的高效高精度检测装置 |
| CN203775509U (zh) | 2014-04-14 | 2014-08-13 | 温州大学 | 一种腔外精密可控的腔内喷气靶装置 |
| CN209659697U (zh) * | 2018-12-29 | 2019-11-19 | 苏州瑞派宁科技有限公司 | 一种软x射线光源 |
| CN209659696U (zh) * | 2018-12-29 | 2019-11-19 | 苏州瑞派宁科技有限公司 | 一种软x射线光源 |
| CN109640500A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-16 | 苏州瑞派宁科技有限公司 | 一种软x射线光源 |
| CN109696447B (zh) * | 2018-12-29 | 2020-10-16 | 苏州瑞派宁科技有限公司 | 一种软x射线显微成像装置 |
-
2018
- 2018-12-29 CN CN201811640371.0A patent/CN111385951B/zh active Active
-
2019
- 2019-10-29 EP EP19902215.3A patent/EP3905857A4/en active Pending
- 2019-10-29 JP JP2021536731A patent/JP7193182B2/ja active Active
- 2019-10-29 US US17/309,899 patent/US11751318B2/en active Active
- 2019-10-29 WO PCT/CN2019/113890 patent/WO2020134500A1/zh active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001068297A (ja) * | 1999-08-30 | 2001-03-16 | Masaki Yamamoto | 軟ｘ線利用装置のデブリ除去機構 |
| EP1760725A2 (en) * | 2005-08-30 | 2007-03-07 | Wonkwang University Center for Industry - Academy Cooperation | Soft X-ray microscope |
| CN102735672A (zh) * | 2012-07-04 | 2012-10-17 | 山西大学 | 直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法和装置 |
| CN205374283U (zh) * | 2016-01-13 | 2016-07-06 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种小孔径长距离光学兼容真空样品腔 |
| CN106841261A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-06-13 | 温州大学 | 一种腔外可控的真空气体靶装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 尼启良.液体微滴喷射靶激光等离子体软X射线源研究.《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）》.2004,第59-62页. * |
| 液体微滴喷射靶激光等离子体软X射线源研究;尼启良;《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）》;20040915;第59-62页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3905857A1 (en) | 2021-11-03 |
| EP3905857A4 (en) | 2022-09-21 |
| CN111385951A (zh) | 2020-07-07 |
| US20220030692A1 (en) | 2022-01-27 |
| US11751318B2 (en) | 2023-09-05 |
| JP2022516049A (ja) | 2022-02-24 |
| JP7193182B2 (ja) | 2022-12-20 |
| WO2020134500A1 (zh) | 2020-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109696447B (zh) | 一种软x射线显微成像装置 | |
| CN101665236B (zh) | 一种具有可控范围77k至400k温度的可控温度样品台 | |
| CN209659696U (zh) | 一种软x射线光源 | |
| WO2020134501A1 (zh) | 一种软x射线光源 | |
| CN111385951B (zh) | 一种软x射线光源 | |
| CN101111119B (zh) | 一种微流靶激光等离子体软x射线-极紫外光源 | |
| Eames et al. | An experimental investigation of steam ejectors for applications in jet-pump refrigerators powered by low-grade heat | |
| CN209659697U (zh) | 一种软x射线光源 | |
| Green et al. | Tests of four PT-415 coolers installed in the drop-in mode | |
| US7137274B2 (en) | System for liquefying or freezing xenon | |
| Eisel et al. | Local Cryogenics for the SIS100 at FAIR | |
| Fehring | Transient wall temperature and film thickness of vertical annular two-phase pulsatile flow | |
| Tatsumoto et al. | Design of an in-situ measurement system for ortho and para liquid hydrogen fractions at ESS | |
| CN109489820A (zh) | 一种成像式红外傅里叶变换光谱探测仪低温可调视场光阑 | |
| US20190353314A1 (en) | Modular Broadband Light Source with Lamp Insert and Methods of Use | |
| Gennari et al. | The mechanics and cryogenics of GIANO-TNG | |
| White et al. | Cryogenic System for the Cryomodule Test Stand at Fermilab | |
| Kim et al. | TEMPERATURE MEASUREMENT OF CLYOMODULES | |
| Tatsumoto et al. | Development status of the in-situ measurement system for ortho-to-parahydrogen fractions for the ESS cryogenic moderator system | |
| CN117628732A (zh) | 一种制冷剂闭式喷雾耦合微通道散热循环系统及调节方法 | |
| Conway et al. | A New Half-Wave Resonator Cryomodule Design for Project-X | |
| Doll et al. | Development of a dual flow transfer system with a centrifugal pump for liquid helium | |
| Peterson et al. | 650 MHz Cryomodules for Project X at Fermilab–Requirements and Concepts | |
| Nicol et al. | Tesla vertical test dewar cryogenic and mechanical design | |
| Baudouy et al. | Commissioning of the NED cryostat |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |