JPH05215899A - 光学素子の冷却方法 - Google Patents
光学素子の冷却方法Info
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- JPH05215899A JPH05215899A JP4047587A JP4758792A JPH05215899A JP H05215899 A JPH05215899 A JP H05215899A JP 4047587 A JP4047587 A JP 4047587A JP 4758792 A JP4758792 A JP 4758792A JP H05215899 A JPH05215899 A JP H05215899A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光学素子冷却面における沸騰開始熱流束を向上
させ、光学素子により高い強度のＸ線を入射させて使用
する。 【構成】光学素子２を冷却する流路１に液体窒素を飽和
状態から過冷却状態にして流し、沸騰開始に要する管壁
の熱流束の値を高め、冷却流路１内で沸騰を起させない
でより高い入熱量に対応させる。
させ、光学素子により高い強度のＸ線を入射させて使用
する。 【構成】光学素子２を冷却する流路１に液体窒素を飽和
状態から過冷却状態にして流し、沸騰開始に要する管壁
の熱流束の値を高め、冷却流路１内で沸騰を起させない
でより高い入熱量に対応させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は寒剤として液化ガスを
使用してＸ線ビ−ムライン内に設置されたミラ−や結晶
等の光学素子を冷却する冷却方法、特にＸ線の強度の向
上に関するものである。
使用してＸ線ビ−ムライン内に設置されたミラ−や結晶
等の光学素子を冷却する冷却方法、特にＸ線の強度の向
上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線ビ−ムラインにおいて使用されるミ
ラ−や結晶等の光学素子は、入射するＸ線を一部吸収し
て発熱する。この発熱により熱変形が生じると光学素子
の光学的性能が劣化する。この光学素子の光学的性能の
劣化を防ぐために、通常は水を冷却材として光学素子の
冷却を行なっている。
ラ−や結晶等の光学素子は、入射するＸ線を一部吸収し
て発熱する。この発熱により熱変形が生じると光学素子
の光学的性能が劣化する。この光学素子の光学的性能の
劣化を防ぐために、通常は水を冷却材として光学素子の
冷却を行なっている。
【０００３】一般にＸ線ビ−ムラインの光学素子の材料
としては単結晶シリコンが用いられる。単結晶シリコン
は120Ｋ程度の温度において線膨張係数がほぼ零になる
性質を有する。この性質を利用すると光学素子の熱変形
を極めて小さくすることができる。現在、高強度のＸ線
を扱うビ−ムラインにおいては、図８に示すように単結
晶シリコン製の光学素子を上記の温度近くに保つための
低温冷却方法が試みられている（A.K.Freund & G.Maro
t,ESRF Newsletter No.8 April 91, P.4〜12)。
としては単結晶シリコンが用いられる。単結晶シリコン
は120Ｋ程度の温度において線膨張係数がほぼ零になる
性質を有する。この性質を利用すると光学素子の熱変形
を極めて小さくすることができる。現在、高強度のＸ線
を扱うビ−ムラインにおいては、図８に示すように単結
晶シリコン製の光学素子を上記の温度近くに保つための
低温冷却方法が試みられている（A.K.Freund & G.Maro
t,ESRF Newsletter No.8 April 91, P.4〜12)。
【０００４】この冷却方法においては、冷却用の流路１
を有する光学素子２は入口側の管寄せ３ａと出口側の管
寄せ３ｂ及びフィ−ドスル−４を有するフランジ５上に
組み込まれて、Ｘ線のビ−ムライン６の途中に設置され
た真空容器７内に固定されている。この光学素子２の流
路１内にデュワ−８から液体窒素を流して冷却してい
る。流路１内に液体窒素を流すときに、デュワ−８内に
貯蔵された液体窒素をボンベ９の窒素ガスによって流送
に必要な圧力損失に見合うだけ加圧し、出口側の管寄せ
３ｂ出口に設けられた弁１０をリモ−トコントロ−ラ１
１で遠隔操作して流量を調整している。この弁１０を流
出した液体窒素は真空断熱を施したタンク１２に回収さ
れる。
を有する光学素子２は入口側の管寄せ３ａと出口側の管
寄せ３ｂ及びフィ−ドスル−４を有するフランジ５上に
組み込まれて、Ｘ線のビ−ムライン６の途中に設置され
た真空容器７内に固定されている。この光学素子２の流
路１内にデュワ−８から液体窒素を流して冷却してい
る。流路１内に液体窒素を流すときに、デュワ−８内に
貯蔵された液体窒素をボンベ９の窒素ガスによって流送
に必要な圧力損失に見合うだけ加圧し、出口側の管寄せ
３ｂ出口に設けられた弁１０をリモ−トコントロ−ラ１
１で遠隔操作して流量を調整している。この弁１０を流
出した液体窒素は真空断熱を施したタンク１２に回収さ
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来は光
学素子２の冷却を窒素ガスによって若干加圧されるもの
の、圧力約0.1ＭＰａ，温度約77.4Ｋの飽和状態に近い
液体窒素で行なっているが、光学素子２に入射するＸ線
の強度を制限せざるを得ない原因の一つに、光学素子２
を冷却するための流路１内における冷却材の沸騰の発生
が挙げられる。光学素子２の冷却中に流路１内で沸騰が
発生すると、流路壁面上における気泡の周期的な成長離
脱により光学素子２の機械的な振動が発生する。これに
伴って光学素子２からの回折光が変動を受け、光学素子
２よりも下流側のＸ線の強度等について光学素子２が所
期の性能を維持できなくなる。最悪の場合には、光学素
子２の焼損に至ることも考えられる。流路１内の沸騰は
Ｘ線による光学素子２に対する過剰な熱負荷によって発
生するため、光学素子２に入射するＸ線の強度を一定レ
ベル以下に制限することが必要である。
学素子２の冷却を窒素ガスによって若干加圧されるもの
の、圧力約0.1ＭＰａ，温度約77.4Ｋの飽和状態に近い
液体窒素で行なっているが、光学素子２に入射するＸ線
の強度を制限せざるを得ない原因の一つに、光学素子２
を冷却するための流路１内における冷却材の沸騰の発生
が挙げられる。光学素子２の冷却中に流路１内で沸騰が
発生すると、流路壁面上における気泡の周期的な成長離
脱により光学素子２の機械的な振動が発生する。これに
伴って光学素子２からの回折光が変動を受け、光学素子
２よりも下流側のＸ線の強度等について光学素子２が所
期の性能を維持できなくなる。最悪の場合には、光学素
子２の焼損に至ることも考えられる。流路１内の沸騰は
Ｘ線による光学素子２に対する過剰な熱負荷によって発
生するため、光学素子２に入射するＸ線の強度を一定レ
ベル以下に制限することが必要である。
【０００６】一方、現在ではより高い強度のＸ線ビ−ム
ラインが建設されていく傾向にあり、従来のように飽和
状態に近い液体窒素で冷却していると、ある強度以上の
Ｘ線の入射に対して冷却が不可能になることが予測され
る。このため現行よりも高い強度のＸ線ビ−ムラインに
対応して行くには冷却能力の向上、特に沸騰開始熱流束
の向上が要望されている。
ラインが建設されていく傾向にあり、従来のように飽和
状態に近い液体窒素で冷却していると、ある強度以上の
Ｘ線の入射に対して冷却が不可能になることが予測され
る。このため現行よりも高い強度のＸ線ビ−ムラインに
対応して行くには冷却能力の向上、特に沸騰開始熱流束
の向上が要望されている。
【０００７】この発明はかかる要望に対処するためにな
されたものであり、光学素子冷却面における沸騰開始熱
流束を向上させて、高い強度のＸ線の入射に耐えられる
ことができる光学素子の冷却方法を得ることを目的とす
るものである。
されたものであり、光学素子冷却面における沸騰開始熱
流束を向上させて、高い強度のＸ線の入射に耐えられる
ことができる光学素子の冷却方法を得ることを目的とす
るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光学素子
の冷却方法は、液化ガスの温度をそのときの液の圧力に
おける飽和温度以下で凝固点温度以上に冷却して光学素
子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内の冷却
チャンネルに流すことを特徴とする。
の冷却方法は、液化ガスの温度をそのときの液の圧力に
おける飽和温度以下で凝固点温度以上に冷却して光学素
子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内の冷却
チャンネルに流すことを特徴とする。
【０００９】また、液化ガスの圧力をそのときの液の温
度における飽和圧力以上に昇圧して光学素子内またはそ
れに熱的に接触したヒ−トシンク内の冷却チャンネルに
流したり、液化ガスの圧力をそのときの液の温度におけ
る飽和圧力以上に昇圧するとともに、そのときの液の圧
力における飽和温度以下で凝固点温度以上に冷却して光
学素子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内の
冷却チャンネルに流すようにしても良い。
度における飽和圧力以上に昇圧して光学素子内またはそ
れに熱的に接触したヒ−トシンク内の冷却チャンネルに
流したり、液化ガスの圧力をそのときの液の温度におけ
る飽和圧力以上に昇圧するとともに、そのときの液の圧
力における飽和温度以下で凝固点温度以上に冷却して光
学素子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内の
冷却チャンネルに流すようにしても良い。
【００１０】
【作用】一般的に管内を流れる液体が管壁を通じて加熱
を受ける場合を考えると、流速が高いほど、また液体の
過冷却度が高いほど管壁での沸騰開始に要する管壁の熱
流束の値は増加する。換言すれば、液体を沸騰させない
で液体によって管壁から除熱できる最大の熱流束が増大
する。
を受ける場合を考えると、流速が高いほど、また液体の
過冷却度が高いほど管壁での沸騰開始に要する管壁の熱
流束の値は増加する。換言すれば、液体を沸騰させない
で液体によって管壁から除熱できる最大の熱流束が増大
する。
【００１１】そこで光学素子内またはそれに熱的に接触
したヒ−トシンク内の冷却チャンネルに流入する冷却用
の液化ガスを飽和状態より加圧するか、予め冷凍機ある
いは素子冷却用の液化ガスよりも温度の低い液化ガス等
で冷却することにより、素子冷却用の液化ガスを飽和状
態から過冷却状態にして、流速を一定とした条件の下で
光学素子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内
を流れる素子冷却用の液化ガスの沸騰開始に要する管壁
の熱流束の値を高める。
したヒ−トシンク内の冷却チャンネルに流入する冷却用
の液化ガスを飽和状態より加圧するか、予め冷凍機ある
いは素子冷却用の液化ガスよりも温度の低い液化ガス等
で冷却することにより、素子冷却用の液化ガスを飽和状
態から過冷却状態にして、流速を一定とした条件の下で
光学素子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内
を流れる素子冷却用の液化ガスの沸騰開始に要する管壁
の熱流束の値を高める。
【００１２】
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す構成図であ
る。図に示すように、単結晶シリコンからなる光学素子
２の冷却装置は光学素子２内に設けられた冷却材用の流
路１と大気解放されたデュワ−８と低温ポンプ１３とヘ
リウム冷凍器冷凍ユニット１４と熱交換器１５とを有す
る。
る。図に示すように、単結晶シリコンからなる光学素子
２の冷却装置は光学素子２内に設けられた冷却材用の流
路１と大気解放されたデュワ−８と低温ポンプ１３とヘ
リウム冷凍器冷凍ユニット１４と熱交換器１５とを有す
る。
【００１３】光学素子２は入口側の管寄せ３ａと出口側
の管寄せ３ｂ及びフィ−ドスル−４を有するフランジ５
上に組み込まれて、Ｘ線のビ−ムライン６の途中に設置
された真空容器７内に固定されている。光学素子２に設
けられた流路１は、図２の一部を裁断した斜視図に示す
ように、管寄せ３ａ，３ｂに連結された複数のフィン１
ａを有する。デュワ−８には液体窒素が圧力0.1ＭＰ
ａ，温度77.4Ｋの飽和状態で貯蔵されている。ヘリウム
冷凍器冷凍ユニット１４のコ−ルドヘッド１６は真空容
器７内に設けられ、コ−ルドヘッド１６には、図３に示
すようにコイル１５ａを巻回した熱交換器１５が取り付
けられている。このコイル１５ａの入口側は低温ポンプ
１３を介してデュワ−８内に接続され、出口側は光学素
子２の流路１の入口側管寄せ３ａに接続されている。ま
た、光学素子２の流路１の出口側管寄せ３ｂは直接デュ
ワ−８内に接続されている。
の管寄せ３ｂ及びフィ−ドスル−４を有するフランジ５
上に組み込まれて、Ｘ線のビ−ムライン６の途中に設置
された真空容器７内に固定されている。光学素子２に設
けられた流路１は、図２の一部を裁断した斜視図に示す
ように、管寄せ３ａ，３ｂに連結された複数のフィン１
ａを有する。デュワ−８には液体窒素が圧力0.1ＭＰ
ａ，温度77.4Ｋの飽和状態で貯蔵されている。ヘリウム
冷凍器冷凍ユニット１４のコ−ルドヘッド１６は真空容
器７内に設けられ、コ−ルドヘッド１６には、図３に示
すようにコイル１５ａを巻回した熱交換器１５が取り付
けられている。このコイル１５ａの入口側は低温ポンプ
１３を介してデュワ−８内に接続され、出口側は光学素
子２の流路１の入口側管寄せ３ａに接続されている。ま
た、光学素子２の流路１の出口側管寄せ３ｂは直接デュ
ワ−８内に接続されている。
【００１４】上記のように構成された冷却装置によりＸ
線のビ−ムが照射されている光学素子２を冷却するとき
には、低温ポンプ１３の回転数を制御して流量を調整し
ながら、大気解放されたデュワ−８内の液体窒素を低温
ポンプ１３により熱交換器１５と光学素子２の流路１を
通して循環する。この循環するときに、デュワ−８を出
た液体窒素の圧力は低温ポンプ１３により実際は管路内
を流れるときの圧力損失分の昇圧が生じるが、その値は
大気圧に比べて無視できるので、液体窒素はほぼ圧力0.
1ＭＰａ，温度77.4Ｋの飽和状態で熱交換器１５に達す
る。一方、熱交換器１５はヘリウム冷凍器冷凍ユニット
１４のコ−ルドヘッド１６により65Ｋまで冷却されてい
る。そこで熱交換器１５に送られた温度77.4Ｋの液体窒
素は熱交換器１５により例えば67.4Ｋまで過冷却されて
光学素子２の流路１に送られてフィン１ａ間を流れＸ線
ビ−ムの熱を吸収した光学素子２を冷却する。
線のビ−ムが照射されている光学素子２を冷却するとき
には、低温ポンプ１３の回転数を制御して流量を調整し
ながら、大気解放されたデュワ−８内の液体窒素を低温
ポンプ１３により熱交換器１５と光学素子２の流路１を
通して循環する。この循環するときに、デュワ−８を出
た液体窒素の圧力は低温ポンプ１３により実際は管路内
を流れるときの圧力損失分の昇圧が生じるが、その値は
大気圧に比べて無視できるので、液体窒素はほぼ圧力0.
1ＭＰａ，温度77.4Ｋの飽和状態で熱交換器１５に達す
る。一方、熱交換器１５はヘリウム冷凍器冷凍ユニット
１４のコ−ルドヘッド１６により65Ｋまで冷却されてい
る。そこで熱交換器１５に送られた温度77.4Ｋの液体窒
素は熱交換器１５により例えば67.4Ｋまで過冷却されて
光学素子２の流路１に送られてフィン１ａ間を流れＸ線
ビ−ムの熱を吸収した光学素子２を冷却する。
【００１５】この光学素子２を冷却するときに、液体窒
素は飽和温度より低い温度に冷却されているから、液体
窒素の沸騰開始熱流束の値を増加することができ、液体
窒素が沸騰しない範囲で光学素子２から除熱できる熱量
を増大させることができる。したがって光学素子２に照
射するＸ線ビ−ムの強度を高くすることができる。
素は飽和温度より低い温度に冷却されているから、液体
窒素の沸騰開始熱流束の値を増加することができ、液体
窒素が沸騰しない範囲で光学素子２から除熱できる熱量
を増大させることができる。したがって光学素子２に照
射するＸ線ビ−ムの強度を高くすることができる。
【００１６】また、光学素子２の流路１に送られる液体
窒素は飽和温度77.4Ｋより十分に低い温度67.4Ｋである
から、流路１のフィン１ａの側壁で気泡が発生しても主
流中で直ちに凝縮するから、沸騰が生じることを抑制す
ることができる。このため光学素子２に機械的な振動が
発生することを抑制することができ、良好なＸ線ビ−ム
を出力することができる。
窒素は飽和温度77.4Ｋより十分に低い温度67.4Ｋである
から、流路１のフィン１ａの側壁で気泡が発生しても主
流中で直ちに凝縮するから、沸騰が生じることを抑制す
ることができる。このため光学素子２に機械的な振動が
発生することを抑制することができ、良好なＸ線ビ−ム
を出力することができる。
【００１７】また、液体窒素を冷却して過冷却度を高め
ているから、沸騰を防止する手段としての液体窒素の圧
力上昇は必要なく、現在通常使用されている剛性が小さ
い光学素子２であっても、光学素子２の液体窒素の圧力
による弾性変形を最小限に抑えることができる。
ているから、沸騰を防止する手段としての液体窒素の圧
力上昇は必要なく、現在通常使用されている剛性が小さ
い光学素子２であっても、光学素子２の液体窒素の圧力
による弾性変形を最小限に抑えることができる。
【００１８】次ぎに、この実施例で過冷却度を高めた液
体窒素が沸騰を生じないで光学素子２を冷却する場合に
可能な最大除熱量と、従来例による最大除熱量を評価し
た結果を示す。光学素子２の流路１に液体窒素を流しな
がら、光学素子２に入射するＸ線ビ−ムの強度を高めて
行き、フィン１ａの表面温度と液体窒素の温度の差があ
る一定値（以下、沸騰開始の温度差と呼ぶ）に達すると
初期沸騰が生じる。大気圧で圧力0.1ＭＰａ，温度77.4
Ｋの飽和状態にある液体窒素においては、流路１内の液
体窒素の流速を例えば10ｍ／ｓとすると、沸騰開始の温
度差をDITTUS−BOELTERによる対流の熱伝達係数を求め
るための実験式（Dittu，F.W. and Boelter,L.M.K Uni
v. Calif. Publs. Eng.,2(1930),443)と佐藤らの強制流
動における沸騰開始条件式(佐藤，松村，機械学会論文
集，29−204(1963),1367)との交点から求めると0.94Ｋ
となる。この液体窒素を温度77.4Ｋから温度67.7Ｋまで
10Ｋ冷却して過冷却度を高めると、沸騰開始の温度差は
約10.94Ｋに上昇する。
体窒素が沸騰を生じないで光学素子２を冷却する場合に
可能な最大除熱量と、従来例による最大除熱量を評価し
た結果を示す。光学素子２の流路１に液体窒素を流しな
がら、光学素子２に入射するＸ線ビ−ムの強度を高めて
行き、フィン１ａの表面温度と液体窒素の温度の差があ
る一定値（以下、沸騰開始の温度差と呼ぶ）に達すると
初期沸騰が生じる。大気圧で圧力0.1ＭＰａ，温度77.4
Ｋの飽和状態にある液体窒素においては、流路１内の液
体窒素の流速を例えば10ｍ／ｓとすると、沸騰開始の温
度差をDITTUS−BOELTERによる対流の熱伝達係数を求め
るための実験式（Dittu，F.W. and Boelter,L.M.K Uni
v. Calif. Publs. Eng.,2(1930),443)と佐藤らの強制流
動における沸騰開始条件式(佐藤，松村，機械学会論文
集，29−204(1963),1367)との交点から求めると0.94Ｋ
となる。この液体窒素を温度77.4Ｋから温度67.7Ｋまで
10Ｋ冷却して過冷却度を高めると、沸騰開始の温度差は
約10.94Ｋに上昇する。
【００１９】図４は、横軸に流路１のフィン１ａ表面の
温度と冷却材である液体窒素の温度差（Ｋ）を、縦軸に
光学素子２への入熱量（Ｗ）をとり、液体窒素の流速を
１０ｍ／ｓとしたときの両者の関係を示したものであ
る。図中の直線Ａは入熱量をＱ、温度差をΔＴ、フィン
冷却面の総面積をＡf、DITTUS−BOELTERの式で求められ
た強制対流の熱伝達係数をαとしたとき、Ｑ＝αΔＴＡ
fで表わされる関係を示す。図４に示すように光学素子
２への入熱量が増加すると温度差も増加する。図４から
明らかなように従来例の場合には最大42.8Ｗまで除熱可
能であるが、この実施例による場合には最大497.8Ｗま
で除熱可能であり、光学素子２へ入射するＸ線ビ−ムの
強度を沸騰を起さない状態で約11.6倍に増加させること
ができる。
温度と冷却材である液体窒素の温度差（Ｋ）を、縦軸に
光学素子２への入熱量（Ｗ）をとり、液体窒素の流速を
１０ｍ／ｓとしたときの両者の関係を示したものであ
る。図中の直線Ａは入熱量をＱ、温度差をΔＴ、フィン
冷却面の総面積をＡf、DITTUS−BOELTERの式で求められ
た強制対流の熱伝達係数をαとしたとき、Ｑ＝αΔＴＡ
fで表わされる関係を示す。図４に示すように光学素子
２への入熱量が増加すると温度差も増加する。図４から
明らかなように従来例の場合には最大42.8Ｗまで除熱可
能であるが、この実施例による場合には最大497.8Ｗま
で除熱可能であり、光学素子２へ入射するＸ線ビ−ムの
強度を沸騰を起さない状態で約11.6倍に増加させること
ができる。
【００２０】このようにより高い強度のＸ線を使用する
ことができるから、極微量分析や蛍光Ｘ線分析におい
て、例えば１／108ｅＶとより高い単色度や、１μｍと
より細いビ−ム径で、かつ1012〜1014photons/mm2/sと
より高い光子数をもつＸ線ビ−ムが使用できる可能性が
でてき、より高分解能の分析測定が可能にすることがで
きる。
ことができるから、極微量分析や蛍光Ｘ線分析におい
て、例えば１／108ｅＶとより高い単色度や、１μｍと
より細いビ−ム径で、かつ1012〜1014photons/mm2/sと
より高い光子数をもつＸ線ビ−ムが使用できる可能性が
でてき、より高分解能の分析測定が可能にすることがで
きる。
【００２１】また、Ｘ線ビ−ムの安定性が向上するか
ら、Ｘ線ホログラフィによる原子配列の３次元解析の実
現可能性が高まる。
ら、Ｘ線ホログラフィによる原子配列の３次元解析の実
現可能性が高まる。
【００２２】さらに、Ｘ線リソグラフィ−によるサブミ
クロンの加工において、1012〜1014photons/mm2/sとよ
りエネルギ−密度の高いＸ線を使用する可能性があり、
加工時間を短縮することができるとともに、加工中のビ
−ム位置の安定性が増してより精密な加工を行なうこと
ができる。
クロンの加工において、1012〜1014photons/mm2/sとよ
りエネルギ−密度の高いＸ線を使用する可能性があり、
加工時間を短縮することができるとともに、加工中のビ
−ム位置の安定性が増してより精密な加工を行なうこと
ができる。
【００２３】また、より高エネルギ−のＸ線を使用する
ことにより、Ｘ線顕微鏡における時間，空間分解能の向
上を図ることもできる。
ことにより、Ｘ線顕微鏡における時間，空間分解能の向
上を図ることもできる。
【００２４】なお、上記実施例は光学素子２の流路１に
流す液体窒素を熱交換器１５で飽和温度より低温に冷却
して過冷却度を高めた場合について説明したが、光学素
子２の構造が十分に剛性を有するものであれば、液体窒
素の圧力を飽和圧力以上に高くして過冷却度を高めても
良い。
流す液体窒素を熱交換器１５で飽和温度より低温に冷却
して過冷却度を高めた場合について説明したが、光学素
子２の構造が十分に剛性を有するものであれば、液体窒
素の圧力を飽和圧力以上に高くして過冷却度を高めても
良い。
【００２５】図５は液体窒素の圧力を飽和圧力以上に高
くして過冷却度を高めた場合の実施例の構成を示す。図
５に示すように、光学素子２の流路１の入口側管寄せ３
ａと低温ポンプ１３を直接接続し、出口側管寄せ３ｂと
デュワ−８間に弁１０を設ける。そして低温ポンプ１３
の回転数と弁１０の開度とを制御しながら流路１に流れ
る液体窒素の流量と圧力を調整して、圧力0.1ＭＰａ，
温度77.4Ｋの飽和状態にある液体窒素の圧力を例えば0.
2ＭＰａまで昇圧する。このように昇圧して過冷却度を
高めた液体窒素を流路１に流すことにより、液体窒素が
沸騰しない範囲で光学素子２から除熱できる熱量を増大
することができる。この昇圧された液体窒素は弁１０を
流出したときに、減圧に伴う自己蒸発により飽和状態と
なりデュワ−８に戻る。
くして過冷却度を高めた場合の実施例の構成を示す。図
５に示すように、光学素子２の流路１の入口側管寄せ３
ａと低温ポンプ１３を直接接続し、出口側管寄せ３ｂと
デュワ−８間に弁１０を設ける。そして低温ポンプ１３
の回転数と弁１０の開度とを制御しながら流路１に流れ
る液体窒素の流量と圧力を調整して、圧力0.1ＭＰａ，
温度77.4Ｋの飽和状態にある液体窒素の圧力を例えば0.
2ＭＰａまで昇圧する。このように昇圧して過冷却度を
高めた液体窒素を流路１に流すことにより、液体窒素が
沸騰しない範囲で光学素子２から除熱できる熱量を増大
することができる。この昇圧された液体窒素は弁１０を
流出したときに、減圧に伴う自己蒸発により飽和状態と
なりデュワ−８に戻る。
【００２６】さらに、図６に示すように、大気開放され
たデュワ−８に貯蔵した飽和状態の液体窒素を低温ポン
プ１３の回転数と弁１０の開度とを制御しながら液体窒
素の流量と圧力を調整して液体窒素の圧力を飽和圧力以
上、例えば0.2ＭＰａまで昇圧し、昇圧した液体窒素を
ヘリウム冷凍器冷凍ユニット１４のコ−ルドヘッド１６
に取り付けた熱交換器１５で温度67.4Ｋまで過冷却して
から光学素子２の流路１に流すようにしたり、図７に示
すように、高圧の液体窒素容器１７内に貯蔵された，例
えば圧力0.2ＭＰａ，温度84Ｋの飽和状態の液体窒素
を、大気開放のデュワ−８内の液体窒素に浸漬された冷
却コイル１９に送り、デュワ−８内の圧力0.1ＭＰａ，
温度77.4Ｋの液体窒素で温度79Ｋまで過冷却し、圧力0.
2ＭＰａ，温度79Ｋの液体窒素として光学素子２の流路
１に流すようにしても、上記各実施例と同様な作用を奏
することができる。
たデュワ−８に貯蔵した飽和状態の液体窒素を低温ポン
プ１３の回転数と弁１０の開度とを制御しながら液体窒
素の流量と圧力を調整して液体窒素の圧力を飽和圧力以
上、例えば0.2ＭＰａまで昇圧し、昇圧した液体窒素を
ヘリウム冷凍器冷凍ユニット１４のコ−ルドヘッド１６
に取り付けた熱交換器１５で温度67.4Ｋまで過冷却して
から光学素子２の流路１に流すようにしたり、図７に示
すように、高圧の液体窒素容器１７内に貯蔵された，例
えば圧力0.2ＭＰａ，温度84Ｋの飽和状態の液体窒素
を、大気開放のデュワ−８内の液体窒素に浸漬された冷
却コイル１９に送り、デュワ−８内の圧力0.1ＭＰａ，
温度77.4Ｋの液体窒素で温度79Ｋまで過冷却し、圧力0.
2ＭＰａ，温度79Ｋの液体窒素として光学素子２の流路
１に流すようにしても、上記各実施例と同様な作用を奏
することができる。
【００２７】なお、図７の実施例では液体窒素の流量を
流路１の出口側管寄せ３ｂの下流に設けられている弁１
０をリモ−トコントロ−ラ１１で遠隔操作することによ
り調整すれば良い。そして弁１０を流出した液体窒素を
デュワ−８に戻し、液体窒素容器１７から送られる高圧
液体窒素の予冷に再利用する。
流路１の出口側管寄せ３ｂの下流に設けられている弁１
０をリモ−トコントロ−ラ１１で遠隔操作することによ
り調整すれば良い。そして弁１０を流出した液体窒素を
デュワ−８に戻し、液体窒素容器１７から送られる高圧
液体窒素の予冷に再利用する。
【００２８】また、上記各実施例は光学素子２内に冷却
チャンネルを設けた場合について説明したが、光学素子
２に熱的に接触したヒ−トシンク内に冷却チャンネルを
設けた場合にも同様な作用を奏することができる。
チャンネルを設けた場合について説明したが、光学素子
２に熱的に接触したヒ−トシンク内に冷却チャンネルを
設けた場合にも同様な作用を奏することができる。
【００２９】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、光学素
子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内の冷却
チャンネルに流入する冷却用の液化ガスを飽和状態より
加圧するか、予め冷凍機あるいは素子冷却用の液化ガス
よりも温度の低い液化ガスで冷却することにより、素子
冷却用の液化ガスを飽和状態から過冷却状態にして、光
学素子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内を
流れる素子冷却用の液化ガスの沸騰開始に要する管壁の
熱流束の値を高めるようにしたから、冷却流路内で沸騰
を起させないで、より高い入熱量に対応することがで
き、光学素子により高い強度のＸ線を入射させて使用す
ることができる。
子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内の冷却
チャンネルに流入する冷却用の液化ガスを飽和状態より
加圧するか、予め冷凍機あるいは素子冷却用の液化ガス
よりも温度の低い液化ガスで冷却することにより、素子
冷却用の液化ガスを飽和状態から過冷却状態にして、光
学素子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内を
流れる素子冷却用の液化ガスの沸騰開始に要する管壁の
熱流束の値を高めるようにしたから、冷却流路内で沸騰
を起させないで、より高い入熱量に対応することがで
き、光学素子により高い強度のＸ線を入射させて使用す
ることができる。
【００３０】また、液化ガスを冷却して飽和状態から圧
力を上げずに過冷却にすることにより、光学素子の剛性
が小さい場合にも液化ガスの内圧による光学素子の変形
を少なくすることができ、良好なＸ線ビ−ムを出力する
ことができる。
力を上げずに過冷却にすることにより、光学素子の剛性
が小さい場合にも液化ガスの内圧による光学素子の変形
を少なくすることができ、良好なＸ線ビ−ムを出力する
ことができる。
【図１】この発明の実施例を示す構成図である。
【図２】光学素子の流路を示す一部裁断斜視図である。
【図３】熱交換器を示す正面図である。
【図４】光学素子の入熱量とフィン表面と液体窒素の温
度差との特性図である。
度差との特性図である。
【図５】この発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図６】この発明の第３の実施例を示す構成図である。
【図７】この発明の第４の実施例を示す構成図である。
【図８】従来例を示す構成図である。
１ 流路 ２ 光学素子 ６ ビ−ムライン ７ 真空容器 ８ デュワ− １３ 低温ポンプ １４ ヘリウム冷凍器冷凍ユニット １５ 熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 佳洋 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 光学素子を液化ガスにより除熱する冷却
方法において、液化ガスの温度をそのときの液の圧力に
おける飽和温度以下で凝固点温度以上に冷却して光学素
子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク内の冷却
液流路に流すことを特徴とする光学素子の冷却方法。 - 【請求項２】 光学素子を液化ガスにより除熱する冷却
方法において、液化ガスの圧力をそのときの液の温度に
おける飽和圧力以上に昇圧して光学素子内またはそれに
熱的に接触したヒ−トシンク内の冷却液流路に流すこと
を特徴とする光学素子の冷却方法。 - 【請求項３】 光学素子を液化ガスにより除熱する冷却
方法において、液化ガスの圧力をそのときの液の温度に
おける飽和圧力以上に昇圧するとともに、そのときの液
の圧力における飽和温度以下で凝固点温度以上に冷却し
て光学素子内またはそれに熱的に接触したヒ−トシンク
内の冷却液流路に流すことを特徴とする光学素子の冷却
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4047587A JP2845012B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 光学素子の冷却方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4047587A JP2845012B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 光学素子の冷却方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05215899A true JPH05215899A (ja) | 1993-08-27 |
| JP2845012B2 JP2845012B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=12779392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4047587A Expired - Fee Related JP2845012B2 (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 光学素子の冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2845012B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08278400A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-10-22 | Rigaku Corp | 冷却装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110261885B (zh) * | 2019-07-02 | 2021-06-15 | 江苏赛诺格兰医疗科技有限公司 | 一种用于pet系统的液冷探测器 |
-
1992
- 1992-02-04 JP JP4047587A patent/JP2845012B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08278400A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-10-22 | Rigaku Corp | 冷却装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2845012B2 (ja) | 1999-01-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |