CN1728915A - 一种液体微流喷射靶激光等离子体软x射线光源 - Google Patents

Abstract

一种液体微流喷射靶激光等离子体软X射线光源，属于短波段光源技术领域中涉及的一种光源，本发明要解决的技术问题是：提供一种液体微流喷射靶激光等离子体软X射线光源。解决的技术方案是：包括真空靶室、法兰、外桶、高压腔、制冷管、电阻加热丝、密封定位筒、旋转手柄、隔热板、阀杆、喷嘴等部件，外桶通过法兰在真空靶室的顶部与其密封固连，制冷管的进口与出口分别与左右隔热管密封固连，伸向真空靶室内的制冷管紧密缠绕在高压腔的平直段上，外侧还缠绕电阻加热丝，密封定位筒焊接在外桶顶部中央，隔热板的侧面与密封定位筒内表面滑动接触，阀体的上端与波纹管固连并插入到隔热板的下凹槽内，阀尖能够封住喷嘴，激光束聚焦在从喷嘴喷出的微流上，产生激光等离子体辐射软X射线。

Description

一种液体微流喷射靶激光等离子体软X射线光源

一、技术领域

本发明属于短波段光源技术领域中涉及的一种液体微流喷射靶激光等离子体软X射线光源。

二、技术背景

在空间光学、天体物理、辐射计量等现代科学探索中，作为手段往往需要软X射线光源，在医学诊断、材料分析、投影光刻、显微镜技术等现代高科技领域中，软X射线光源已经得到较多的应用。据了解目前世界上研究开发的软X射线光源，有同步辐射、毛细管放电、激光等离子体等几种类型。最早的激光等离子体软X射线光源，是功率密度极大的脉冲激光聚焦在金属靶面上，产生高温激光等离子体辐射软X射线，这种情况在激光等离子体形成的同时，也伴随着金属碎屑的产生，会对邻近光源的软X射线光学元件造成损坏或降低光学性能，为此要对靶的材料进行改变，近年来科学家们把靶的材料改变为气体或液体。

与本发明最为接近的已有技术，是美国的专利US 6,760.406B₂，如图1所示：包括真空泵1、聚焦透镜2、激光器3、真空靶室4、压力罐5、制冷头6、进气管7、压力罐喷嘴8、加热电阻丝9、微流10、激光束11。

压力罐5内的工作物质，经压力罐5端面的制冷头6制冷后，从压力罐喷嘴8喷出，形成微流10进入真空靶室4、激光器3发射出的激光经聚光透镜2聚焦成激光束11，打在微流10上，形成激光等离子体，产生软X射线。

该软X射线光源存在的主要问题是：制冷部份的结构不合理，是在一个端面制冷，制冷的速度慢，而且制冷头的价格昂贵，没有阀门控制喷嘴，加压后不能停止工作，不能进行调节，对于喷嘴较粗的情形尤其不利。

三、发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于优化结构设计，提高制冷效率、降低成本，使用便捷，特设计一种结构简单实用的液体微流喷射靶软X射线光源。

本发明要解决的技术问题是：提供一种液体微流喷射靶激光等离子体软X射线光源。解决技术问题的技术方案如图2所示：包括真空靶室窗口12、激光束13、聚光透镜14、真空靶室15、法兰16、外桶17、隔热管18、制冷管进口端19、密封定位筒20、旋转手柄21、工作物质输进管22、制冷管出口端23、隔热板24、液压波纹管25、高压腔26、制冷管27、加热电阻丝28、阀杆29、喷嘴30、微流31、真空泵32。

外桶17通过法兰16在真空靶室15的顶部与真空靶室15密封固连，左右两个隔热管18在外桶17的顶部穿过外桶17并与其焊接固定，制冷管27的进口端19与左边的隔热管18密封配合安装，伸向外桶17和真空靶室15内的制冷管27紧密缠绕在上部带有液压波纹管25的高压腔26下半部平直段上，在缠绕的制冷管27的外侧，还紧密缠绕加热电阻丝28与制冷管27共同控制高压腔26的温度，制冷管27用以引进制冷物质进行制冷。从高压腔26引出的工作物质输进管22的进口端伸出外桶17，与外桶17焊接固连，工作物质输进管22用以输进形成微流的工作液体，制冷管27的出口端23与右边的隔热管18密封配合安装并伸出外桶17之外，形成制冷物质的循环机致；微流调节部份由旋转手柄21、密封定位筒20、隔热板24和阀杆29组成，密封定位筒20焊接固定在外桶17的顶部中央，旋转手柄21的转轴顶杆与密封定位筒20之间是螺纹配合，下端插入到隔热板24的上凹槽内，隔热板24的侧面与密封定位筒20的内表面滑动接触，可上下滑劝，在高压腔26内的阀杆29的上端穿过液压波纹管25并与其固连，伸出的头部插入到隔热板24的下凹槽内，阀杆29下端的阀尖，随阀杆移动能够封死高压腔26底部喷嘴30，用以调节微流31的大小，旋转手柄21的转轴顶杆与阀杆29处于同轴线上；激光束13通过聚光透镜14和真空靶室窗口12聚焦在微流31上，在激光的作用下产生激光等离子体和EUV辐射，在真空靶室15的下方与其相通，置有真空泵32，对真空室抽真空，以保证真空靶室15的真空度。

工作原理说明：高压工作物质从工作物质输进管22的进口进入高压腔26，在高压的作用下，如果是液体直接从喷嘴喷出，如果是气体，经过高压腔外制冷管27的制冷后从喷嘴30喷出，形成微流进入真空靶室15，激光束13经过聚焦透镜14通过真空靶室窗口12聚焦在微流31上，形成激光等离子体，产生软X射线和EUV辐射。

高压腔26下部平直段缠绕制冷管27，缠绕的制冷管27的外部又缠绕加热电阻丝，制冷管内通入制冷液体(如液氮)后，将高压腔内通入的气体制冷，使之形成液体微流从喷嘴30喷出，加热电阻丝28的作用，使高压腔26在制冷管27和加热电阻丝28的共同控制下，在某一设定温度下达到热平衡，对于不同的工作物质可设定不同的温度。

阀杆29在高压腔26的上段与液压波纹管25固连为一体，当通入高压工作物质后，阀杆29升起，工作物质从喷嘴30喷出，处于工作状态，当转动旋转手柄21时，可以使阀杆29封死喷嘴30，在不必撤去高压的状态终止光源的工作。

阀杆29如果与真空室外的旋转手柄21连接，将产生很强的热传导，使密封维以实现，为此引入定位隔热板24，其作用是阻断热传导，同时定位阀杆29。

本发明的积极效果：利用制冷管缠绕高压腔，制冷机构合理，制作简单，制冷均匀，运作方便，显效快，同时价格低廉，增加阀杆调节喷嘴，可以随时终止实验，有利于应用。

四、附图说明：图1是已有技术的结构示意图，图2是本发明的结构示意图，摘要附图选用图2。

五、具体实施方式：本发明按图2所示的结构实施，其中，真空室窗口12的材料采用石英光学玻璃，激光束13的波长为1.06μm功率8×10¹¹w/cm²聚光透镜14的焦距按真空靶室的大小选择，真空靶室15采用圆柱形，直径长245mm，高300mm，工作时真空度10^-4托以上，法兰16、外桶17、隔热管18、密封定位筒20、旋转手柄21、工作物质输进管22、液压波纹管25、高压腔26、阀杆29等件的材质选用不锈钢，其中高压腔要承受30个大气压，制冷管27采用外径为3mm的铜管，加热电阻丝28采用0.1-0.5mm的钨丝。隔热板24的材料选用聚四氟乙烯，阀杆29的阀尖要经特殊处理，耐低温，耐磨，有弹性，喷嘴30采用美国Ted Pella公司生产的用于电子显微镜上的孔径光阑。

Claims (1)

1、一种液体微流喷射靶激光等离子体软X射线光源，包括真空靶室、真空泵、聚光透镜、激光束、加热丝、喷嘴、其特征在于还包括法兰(16)、外桶(17)、隔热板(18)、制冷管进口端(19)、密封定位筒(20)、旋转手柄(21)、工作物质输进管(22)、制冷管出口端(23)、隔热板(24)、液压波纹管(25)、高压腔(26)、制冷管(27)、阀杆(29)、微流(31)；外桶(17)通过法兰(16)在真空靶室(15)的顶部与真空靶室(15)密封固连，左右两个隔热管(18)在外桶(17)的顶部穿过外桶(17)并与其焊接固定，制冷管(27)的进口端(19)与左边的隔热管(18)密封配合安装，伸向外桶(17)和真空靶室(15)内的制冷管(27)紧密缠绕在上部带有液压波纹管(25)的高压腔(26)下半部平直段上，在缠绕的制冷管(27)的外侧，还紧密缠绕加热电阻丝(28)，从高压腔(26)引出的工作物质输进管(22)的进口端伸出外桶，与外桶焊接固连，制冷管(27)的出口端(23)与右边的隔热管(18)密封配合安装并伸出外桶(17)之外，密封定位筒(20)焊接固定在外桶(17)的顶部中央，旋转手柄(21)的转轴顶杆与密封定位筒(20)螺纹配合，下端插入到隔热板(24)的上凹槽内，隔热板(21)的侧面与密封定位筒(20)的内表面滑动接触，可上下滑劝，在高压腔(26)内的阀杆(29)的上端穿过液压波纹管(25)并与其固连，伸出的头部插入到隔热板(24)的下凹槽内，阀杆(29)下端的阀尖，随阀杆移动能够封死高压腔(26)底部喷嘴(30)，旋转手柄(21)的转轴顶杆与阀杆(29)处于同轴线上，激光束(13)通过聚光透镜(14)和真空靶室窗口(12)聚焦在微流(31)上，真空泵(32)与真空靶室(15)相通。

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