CN114924378B - 一种反射镜面形控制结构及光束线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种反射镜面形控制结构及光束线装置，涉及同步辐射及自由电子激光技术领域。反射镜面形控制结构包括镜体及冷却模组；镜体设有反射面及冷却槽，反射面和冷却槽均沿镜体的长度方向延伸，冷却槽的开口朝上，冷却槽内填设有冷却液体；冷却模组包括冷却组件、多个冷却板及多个导热控制机构，多个冷却板沿冷却槽的长度方向分布，冷却板与冷却组件之间均设有导热控制机构，导热控制机构用于使冷却组件通过相应的冷却板与冷却液体进行热量交换。反射镜面形控制结构可实现对反射面上任意位置的面形进行精准控制，适用不同波段的X射线照射在反射面上的情形。
Description
技术领域
本发明涉及同步辐射及自由电子激光技术领域，尤其涉及一种反射镜面形控制结构及光束线装置。
背景技术
对于第四代光源，无论是衍射极限环光源还是自由电子激光光源，由于对波前相关传输的需求，对反射镜的面形要求非常高，一般要求高度误差PV(Peak to valley，峰谷值)在若干nm及斜率误差RMS值小于100nrad量级。由于这些光源产生的X射线中包含了一定的热载荷。当反射镜接受来自上游的光束后，会将一部分X射线反射出去，同时还会吸收一定量的热功率。反射镜吸收光源热功率后，在反射镜上会产生温度梯度，从而导致反射面出现热变形，最终对X射线的传输效率和传输质量造成不利影响。
现有技术中为了控制反射镜的反射面的面形，通常采用水冷的方式进行冷却，其冷却方式为对反射面某一固定位置进行局部冷却或者对整个反射面进行冷却。然而反射镜在使用时，反射面会接收不同波段的X射线，该些波段的X射线在反射面上的长度、功率以及位置分布都不同。由于现有的冷却方式比较单一，且冷却位置相对固定，因此无法对反射面上任意位置的面形进行精准控制，从而不适用不同波段的X射线照射在反射面上的情形。
发明内容
本申请的目的在于提供一种反射镜面形控制结构及光束线装置，用以解决现有技术中存在的不足。
为达上述目的，第一方面，本申请提供的一种反射镜面形控制结构，包括镜体及冷却模组；
所述镜体设有反射面及冷却槽，所述反射面和所述冷却槽均沿所述镜体的长度方向延伸，所述冷却槽的开口朝上，所述冷却槽内填设有冷却液体，所述反射面用于反射光束；
所述冷却模组包括冷却组件、多个冷却板及多个导热控制机构，所述冷却组件用于外接供冷装置，多个所述冷却板沿所述冷却槽的长度方向分布，每个所述冷却板与所述冷却组件之间均设有所述导热控制机构，所述导热控制机构用于使所述冷却组件通过相应的所述冷却板与所述冷却液体进行热量交换。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述冷却板与所述冷却组件为接触配合，所述导热控制机构用于驱动所述冷却板沿竖直方向移动，以使所述冷却板可插入或拔出所述冷却液体中。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述导热控制机构包括电磁铁及永磁铁，所述电磁铁设置于所述冷却组件，所述永磁铁设置于所述冷却板远离所述冷却液的一端，且所述电磁铁位于所述永磁铁的上方，所述电磁铁与所述永磁铁为磁力配合。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述导热控制机构为直线机构，所述直线机构连接所述冷却组件和所述冷却板，用于驱动所述冷却板沿竖直方向移动。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述冷却板插入所述冷却液体中，所述导热控制机构用于驱动所述冷却板沿所述冷却槽的宽度方向移动，以使所述冷却板与所述冷却组件分离或接触。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述导热控制机构包括电磁铁及永磁铁，所述电磁铁设置于所述冷却组件，所述永磁铁设置于所述冷却板远离所述电磁铁的一侧，所述电磁铁与所述永磁铁为磁力配合。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述导热控制机构为直线机构，所述直线机构连接所述冷却组件和所述冷却板，用于驱动所述冷却板沿所述冷却槽的宽度方向移动。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述冷却组件上还设有导热介质，所述导热介质位于所述冷却板与所述冷却组件之间。
结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述冷却组件包括冷却管部及接触部，所述冷却管部用于外接供冷装置，所述接触部与所述冷却管部连接，所述接触部的长度与所述冷却槽的长度相适配，所述接触部用于与所述冷却板接触配合。
第二方面，本申请还提供了一种光束线装置，包括装置本体及如上述第一方面提供的反射镜面形控制结构，所述装置本体用于向所述反射面发射X射线，其中，所述装置本体为同步辐射装置或自由电子激光装置。
相比于现有技术，本申请的有益效果：
本申请提供了一种反射镜面形控制结构及光束线装置，其中，反射镜面形控制结构包括镜体及冷却模组；镜体设有反射面及冷却槽，反射面和冷却槽均沿镜体的长度方向延伸，冷却槽的开口朝上，冷却槽内填设有冷却液体，反射面用于反射光束；冷却模组包括冷却组件、多个冷却板及多个导热控制机构，冷却组件用于外接供冷装置，多个冷却板沿冷却槽的长度方向分布，冷却板与冷却组件之间均设有导热控制机构，导热控制机构用于使冷却组件通过相应的冷却板与冷却液体进行热量交换。本申请提供的反射镜面形控制结构可根据光束在反射面形成的光斑区域，以控制与光斑所在区域对应的导热控制机构工作，使冷却组件通过对应的冷却板与冷却液进行热量交换，从而带走反射面上光斑所在区域的热量，由此，通过控制不同区域的导热控制机构参与工作，即可实现对反射面上任意位置的面形进行精准控制，以适用不同波段的X射线照射在反射面上的情形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本申请实施提供的一种反射面朝上的反射镜面形控制结构的主视图；
图2示出了图1所示反射镜面形控制结构中冷却模组的结构示意图；
图3示出了图1所示反射镜面形控制结构的左视图；
图4示出了本申请实施例提供的第一种反射镜面形控制结构中导热控制机构驱动冷却板插入冷却槽(a)及导热控制机构驱动冷却板拔出冷却槽(b)的状态示意图；
图5示出了本申请实施例提供的第二种反射镜面形控制结构中导热控制机构驱动冷却板插入冷却槽(a)及导热控制机构驱动冷却板拔出冷却槽(b)的状态示意图；
图6示出了本申请实施例提供的第三种反射镜面形控制结构中导热控制机构驱动冷却板与冷却组件接触(a)及导热控制机构驱动冷却板与冷却组件分离(b)的状态示意图；
图7示出了本申请实施例提供的第四种反射镜面形控制结构中导热控制机构驱动冷却板与冷却组件接触(a)及导热控制机构驱动冷却板与冷却组件分离(b)的状态示意图；
图8示出了本申请实施提供的一种反射面朝左的反射镜面形控制结构的主视图；
图9示出了本申请实施提供的一种反射面朝下的反射镜面形控制结构的主视图。
主要元件符号说明：
100-镜体；101-上表面；102-下表面；103-侧表面；110-反射面；120-冷却槽；130-应力缓释槽；200-冷却模组；210-冷却组件；211-冷却管部；212-接触部；220-冷却板；230-导热控制机构；231-电磁铁；232-永磁铁；233-直线机构；2330-电机；2331-丝杠；2332-螺母座；300-冷却液体。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
请参阅图1、图2及图3，本实施例提供了一种反射镜面形控制结构，可应用于光束线装置。
在本实施例中，反射镜面形控制结构包括镜体100及冷却模组200。
其中，镜体100设有反射面110及冷却槽120，反射面110和冷却槽120均沿镜体100的长度方向延伸，冷却槽120的开口朝上，冷却槽120内填设有冷却液体300，反射面110用于反射光束线装置发射出的光束。在本实施例中，光束线装置发射出的光束为X射线。
冷却模组200包括冷却组件210、多个冷却板220及多个导热控制机构230，冷却组件210用于外接供冷装置(图未示)，供冷装置可向冷却组件210提供循环冷却水。多个冷却板220可活动地设置于冷却组件210，且沿冷却槽120的长度方向分布，多个冷却板220用于插入冷却液体300中，每个冷却板220与冷却组件210之间均设有一个导热控制机构230，每个导热控制机构230用于使冷却组件210通过相应的冷却板220与冷却液体300进行热量交换。
由此，当光束照射在反射面110上的任意一个位置时，光束会在反射面110上形成光斑。本实施例提供的反射镜面形控制结构可根据反射面110上光斑所在的区域，以控制与光斑所在区域对应的导热控制机构230工作，使冷却组件210通过相应的冷却板220与冷却液进行热量交换，从而带走反射面110上光斑所在区域的热量。由此本实施例提供的反射镜面形控制结构，通过控制不同区域的导热控制机构230参与工作，即可实现对反射面110上任意位置的面形进行精准控制，以适用不同波段的X射线照射在反射面110上任意位置的情形。
其中，与光斑所在区域对应的导热控制机构230可以是一个、两个或两个以上。可以理解的，参与工作的导热控制机构230的数量取决于光斑所在区域的长度或者每个冷却板220的长度。由此，对于不同长度的光斑，参与工作的导热控制机构230数量可以不同，当然也可以相同。需要说明的，不同波段的光束在反射面110上形成的光斑长度不同，所以本实施例提供的反射镜面形控制结构还适用于不同波段的光束。
还可以理解的，冷却板220的数量可根据实际需求进行设置，同时也受限于冷却槽120的长度。因此，在本实施例中不对冷却板220的数量进行限定。
在本实施例中，还一并提供了一种光束线装置，包括装置本体及如上述提供的反射镜面形控制结构，装置本体用于向反射面110发射X射线。
其中，装置本体为同步辐射装置或自由电子激光装置。
可选地，冷却液体300为液态金属，具体可选择为铟镓溶液。铟镓溶液导热性能好，且适用同步辐射装置及自由电子激光装置工作的高真空环境。
实施例二
请参阅图3、图4及图5，本实施例提供了一种反射镜面形控制结构，可应用于光束线装置。本实施例是在上述实施例一的技术基础上做出的改进，相比上述实施例一，区别之处在于：
在本实施例中，冷却板220与冷却组件210为接触配合，导热控制机构230用于驱动冷却板220沿竖直方向移动，以使冷却板220可插入或拔出冷却液体300中。
可以理解的，由于冷却板220与冷却组件210为接触配合，因此，当冷却板220插入冷却液体300中后，冷却组件210可通过该冷却板220与冷却液体300进行热量交换，具体是，反射面110吸收的热量会通过冷却液体300依次经冷却板220、冷却组件210再跟冷却组件210中的冷却水进行热量交换，以使热量被冷却水带走，实现对反射面110与该冷却板220相对应位置的降温冷却，从而达到面形精准控制的目的。当冷却板220拔出冷却液体300中后，热量交换的路径即被切断。
在一些实施例中，如图4所示，导热控制机构230包括电磁铁231及永磁铁232，电磁铁231设置于冷却组件210，电磁铁231与光束线装置中的控制器电性连接，由控制器控制电磁铁231的磁极的方向的切换。永磁铁232设置于冷却板220远离冷却液的一端，且电磁铁231位于永磁铁232的上方，电磁铁231与永磁铁232为磁力配合。
由此，当电磁铁231与永磁铁232的磁极相反时，利用异名磁极相互吸引的原理，在磁力的驱动下，冷却板220会沿竖直方向朝上移动，从而使冷却板220从冷却液中拔出，以阻断热量交换。当电磁铁231与永磁铁232的磁极相同时，利用同名磁极相互排斥的原理，在磁力的驱动下，冷却板220会沿竖直方向朝下移动，从而使冷却板220插入到冷却液中，以接通热量交换的路径。
需要说明的，冷却板220可通过独立的安装座进行安装，且冷却板220与安装座为滑动配合，滑动座沿竖直方向设置有机械限位结构，以限制冷却板220沿竖直方向移动的行程量。例如当冷却板220朝下移动时，防止冷却板220与冷却槽120的底部接触。当冷却板220朝上移动时，限制冷却板220拔出后与冷却液体300的液面之间的距离。
在另一些实施例中，如图5所示，导热控制机构230为直线机构233，直线机构233连接冷却组件210和冷却板220，用于驱动冷却板220沿竖直方向移动。
具体的，直线机构233包括电机2330、丝杠2331及螺母座2332，电机2330设置于冷却组件210上，电机2330的输出端连接丝杠2331，丝杠2331沿竖直方向布置，螺母座2332设置于冷却板220上，且螺母座2332与丝杠2331为螺纹副配合。由此，电机2330输出旋转运动，通过螺母座2332与丝杠2331的配合转换为沿竖直方向的直线运动，又因冷却板220与冷却组件210为接触配合，所以驱动直线机构233可驱动冷却板220沿竖直方向移动。可选地，电机2330、丝杠2331及螺母座2332均选用微型结构。
进一步的，冷却组件210包括冷却管部211及接触部212，冷却管部211用于外接供冷装置，供冷装置用于向冷却管部211中提供循环冷却水。接触部212与冷却管部211连接，接触部212与冷却管部211的长度相同，且接触部212的长度与冷却槽120的长度相适配，接触部212用于与冷却板220接触配合。
可选地，冷却管部211、接触部212及冷却板220均可选择为铜材质制得。
在一些实施例中，冷却组件210上还设有导热介质(图未示)，导热介质位于冷却板220与冷却组件210的接触部212之间，导热介质可使冷却板220与接触部212之间保持良好的传热。
可选地，导热介质选择为铟片，铟片粘接于接触部212上。
实施例三
请参阅图3、图6及图7，本实施例提供了一种反射镜面形控制结构，可应用于光束线装置。本实施例是在上述实施例二的技术基础上做出的改进，相比上述实施例二，区别之处在于：
在本实施例中，冷却板220插入在冷却液体300中，导热控制机构230用于驱动冷却板220沿冷却槽120的宽度方向移动，以使冷却板220与冷却组件210分离或接触。
在一些实施例中，如图6所示，导热控制机构230包括电磁铁231及永磁铁232，电磁铁231设置于冷却组件210，永磁铁232设置于冷却板220远离电磁铁231的一侧，电磁铁231与永磁铁232为磁力配合。由此，导热控制机构230也是利用“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”的原理实现。
在另一些实施例中，如图7所示，导热控制机构230为直线机构233，直线机构233连接冷却组件210和冷却板220，用于驱动冷却板220沿冷却槽120的宽度方向移动。其中直线机构233的结构可参考上述实施例二，相比上述实施例二，区别在于，丝杠2331沿冷却槽120的宽度方向布置。
进一步的，直线机构233中的螺母座2332与冷却板220之间通过隔热垫进行安装，以防止热量通过直线机构233进行传递。
实施例四
请参阅图1、图2及图3，本实施例提供了一种反射镜面形控制结构，可应用于光束线装置。本实施例是在上述任意一个实施例的技术基础上做出的改进，相比上述任意一个实施例，区别之处在于：
在本实施例中，镜体100为长条状结构，镜体100具有四个宽侧面，四个宽侧面分别为上表面101、与上表面101相对的下表面102及两个相对的侧表面103。
在一些实施例中，反射面110设于上表面101，即镜体100的反射面110朝上，用于反射由上方照射来的X射线。
进一步的，上表面101还设有两个冷却槽120，两个冷却槽120沿反射面110的长度方向分布于反射面110的两侧，冷却槽120的两端分别沿镜体100的长度方向延伸，每个冷却槽120均设置一个冷却模组200。两个侧表面103均设有应力缓释槽130，应力缓释槽130沿镜体100的长度方向贯穿设置，应力缓释槽130可以释放反射面110吸热后产生的内应力，以减弱反射面110的面形变化，从而更好的通过冷却模组200对反射面110的面形进行控制。
请一并参阅图8，在另一些实施例中，反射面110设于其中一个侧表面103上，冷却槽120设于上表面101，且上表面101和下表面102均设有应力缓释槽130。
请一并参阅图9，在又一些实施例中，反射面110设于下表面102，两个侧表面103均设有应力缓释槽130，且在每个应力缓释槽130靠近下表面102的壁面上设有冷却槽120，每个冷却槽120设置一个冷却模组200。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种反射镜面形控制结构，其特征在于，包括镜体及冷却模组；
所述镜体设有反射面及冷却槽，所述反射面和所述冷却槽均沿所述镜体的长度方向延伸，所述冷却槽的开口朝上，所述冷却槽内填设有冷却液体，所述反射面用于反射光束；
所述冷却模组包括冷却组件、多个冷却板及多个导热控制机构，所述冷却组件用于外接供冷装置，多个所述冷却板沿所述冷却槽的长度方向分布，每个所述冷却板与所述冷却组件之间均设有所述导热控制机构，所述导热控制机构用于驱动所述冷却板可插入或拔出所述冷却液体中，或者驱动所述冷却板与所述冷却组件分离或接触；
当所述冷却板插入所述冷却液体中后，或者当所述冷却板与所述冷却组件接触时，所述冷却组件通过相应的所述冷却板与所述冷却液体进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的反射镜面形控制结构，其特征在于，所述冷却板与所述冷却组件为接触配合，所述导热控制机构用于驱动所述冷却板沿竖直方向移动，以使所述冷却板可插入或拔出所述冷却液体中。
3.根据权利要求2所述的反射镜面形控制结构，其特征在于，所述导热控制机构包括电磁铁及永磁铁，所述电磁铁设置于所述冷却组件，所述永磁铁设置于所述冷却板远离所述冷却液的一端，且所述电磁铁位于所述永磁铁的上方，所述电磁铁与所述永磁铁为磁力配合。
4.根据权利要求2所述的反射镜面形控制结构，其特征在于，所述导热控制机构为直线机构，所述直线机构连接所述冷却组件和所述冷却板，用于驱动所述冷却板沿竖直方向移动。
5.根据权利要求1所述的反射镜面形控制结构，其特征在于，所述冷却板插入所述冷却液体中，所述导热控制机构用于驱动所述冷却板沿所述冷却槽的宽度方向移动，以使所述冷却板与所述冷却组件分离或接触。
6.根据权利要求5所述的反射镜面形控制结构，其特征在于，所述导热控制机构包括电磁铁及永磁铁，所述电磁铁设置于所述冷却组件，所述永磁铁设置于所述冷却板远离所述电磁铁的一侧，所述电磁铁与所述永磁铁为磁力配合。
7.根据权利要求5所述的反射镜面形控制结构，其特征在于，所述导热控制机构为直线机构，所述直线机构连接所述冷却组件和所述冷却板，用于驱动所述冷却板沿所述冷却槽的宽度方向移动。
8.根据权利要求1所述的反射镜面形控制结构，其特征在于，所述冷却组件上还设有导热介质，所述导热介质位于所述冷却板与所述冷却组件之间。
9.根据权利要求1所述的反射镜面形控制结构，其特征在于，所述冷却组件包括冷却管部及接触部，所述冷却管部用于外接供冷装置，所述接触部与所述冷却管部连接，所述接触部的长度与所述冷却槽的长度相适配，所述接触部用于与所述冷却板接触配合。
10.一种光束线装置，其特征在于，包括装置本体及如权利要求1-9中任一项所述的反射镜面形控制结构，所述装置本体用于向所述反射面发射X射线，其中，所述装置本体为同步辐射装置或自由电子激光装置。
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