【摘要】：同步輻射裝置是一種大科學裝置，能同時容納數(shù)百人進行科學和技術(shù)實驗。主要由光源、光束線和實驗站構(gòu)成。根據(jù)實驗站對光束的要求，光束線對同步輻射光源產(chǎn)生的同步輻射光進行偏轉(zhuǎn)、準直、分光和聚焦等處理，并將同步光傳輸?shù)綄嶒炚尽?第三代同步輻射光源具有很小的電子束發(fā)射度，使得光束以很小的掠入射角入射在光學元件上，導致成像鏡面在光束傳播方向的長度大幅增加，達到甚至超過1米。采用傳統(tǒng)的磨制鏡直接加工，很難得到高精度的面形。相比之下，壓彎鏡具有半徑可調(diào)，表面精度高和易于制造等優(yōu)點，從而得到廣泛的應用。第三代同步輻射光源的主要特點是大量使用插入件，以波蕩器為主。同步輻射裝置上常規(guī)使用的壓彎鏡多是水平放置、光束垂直偏轉(zhuǎn)，反射面朝上或者朝下。但是對于波蕩器光源來說，從保持光源的橫向相干性和亮度的角度看，水平偏轉(zhuǎn)壓彎鏡更具優(yōu)勢，此外水平偏轉(zhuǎn)壓彎鏡還可以在K-B聚焦鏡裝置中用作水平方向聚焦鏡。第三代同步輻射光源對光束線的壓彎準直聚焦鏡提出了很高的要求，開展水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究及性能測試，在提高壓彎機構(gòu)性能的同時，有助于提高光束線的通量和能量分辨率，具有極其重要的現(xiàn)實意義。 本論文以上海光源建設(shè)中所需的水平偏轉(zhuǎn)壓彎鏡為目標，重點研究了包括高性能水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)壓彎機理、補償機制及熱緩釋技術(shù)等在內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)，并對水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)的性能測試方法進行了研究。具體研究內(nèi)容如下： 1）水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)的受力情況較為復雜，相對于鏡子所要求的極小面形誤差和定位誤差，鏡子的性能對受力的變化是非常敏感的。本論文在研究壓彎機構(gòu)壓彎理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)的設(shè)計指標，確定了壓彎方式及壓力點，使用點槽面支撐系統(tǒng)來實現(xiàn)其空間位置調(diào)節(jié)，提出了針對壓彎鏡自重和壓彎機構(gòu)自身重力的平衡補償裝置，并進行了水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)的設(shè)計。 2）水平偏轉(zhuǎn)壓彎鏡壓彎過程中，除了受到自身重力、平衡力和壓彎力矩之外，還受到壓彎機構(gòu)本身結(jié)構(gòu)、接觸部分的摩擦以及局部變形產(chǎn)生的影響。這些因素導致工程分析結(jié)果與實際試驗結(jié)果存在著較大的誤差。為了提高分析精度，本文構(gòu)建了從驅(qū)動機構(gòu)、夾持機構(gòu)到壓彎光學元件的整體有限元分析模型，引入非線性分析的方法，模擬了水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)的壓彎過程，并針對壓彎機構(gòu)的壓輥和鏡面、驅(qū)動桿和動力軸等關(guān)鍵接觸部位進行了分析，得到的模擬結(jié)果更接近實際情況。 3）第三代同步輻射光源的高亮度給光束線設(shè)備帶來的問題是極高的輻射功率和極高的功率密度，如何保證光學元件不受損傷并且穩(wěn)定地正常工作，是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。對水平偏轉(zhuǎn)壓彎鏡在熱負載下的變形進行系統(tǒng)的分析，將熱傳導、熱對流及熱輻射三種熱傳遞方式進行綜合考慮，最大限度地模擬了該結(jié)構(gòu)在熱載下的真實狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上確定了冷卻方案，不僅削弱了熱載效應，水平偏轉(zhuǎn)壓彎鏡達到熱平衡的時間得到大幅縮短，在提高實驗效率的同時能夠獲得穩(wěn)定有效的實驗結(jié)果。 4）水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)的檢測與安裝是整個光束線安裝調(diào)試的一個重要環(huán)節(jié)，而水平偏轉(zhuǎn)壓彎鏡面形精度要求之高以及鏡長的增加，都提高了檢測的難度。使用上海光源自行研制的LTP-1200對水平偏轉(zhuǎn)壓彎鏡在壓彎狀態(tài)下的面形進行測試，同時采用激光干涉儀、分光鏡和反光鏡等，搭建了一套離線檢測方案對其運動精度進行精確的測量，運行穩(wěn)定，各項指標均符合設(shè)計要求。 本文重點針對提高水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)性能的關(guān)鍵技術(shù)及性能檢測方法進行了研究。在整個研究過程中，完成了水平偏轉(zhuǎn)壓彎機構(gòu)的設(shè)計，對重力影響、壓彎機構(gòu)本身以及熱載影響等做了具體的探討和研究，并利用有限元軟件模擬了系統(tǒng)的壓彎過程與熱力學過程。本文的研究成果對壓彎機構(gòu)的設(shè)計具有很好的參考價值，為后期光束線的工程設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TL503
【圖文】：

圖 1.1 同步輻射裝置示意圖代同步輻射光源是專門為了研究同步輻射而設(shè)計的，已經(jīng)發(fā)子儲存環(huán)中應用了新的磁聚焦結(jié)構(gòu)單元，不僅減小了儲存環(huán)光源的亮度和質(zhì)量，極大地促進了科技研究和工業(yè)應用。代同步輻射光源為了降低儲存環(huán)的發(fā)射度，大量使用插入件空間、時間及能量分辨率等。第三代同步輻射光源的亮度在高了100 多倍，比應用在通常實驗室的最好的X光源要亮1億代同步輻射光源之間既有共同之處，也有相當大的差異。最大的插入件數(shù)量的多寡，第一代同步輻射主要使用的是彎轉(zhuǎn)磁鐵裝置在使用彎轉(zhuǎn)磁鐵的基礎(chǔ)上，安裝了幾個插入件，數(shù)量很少步輻射裝置就不同了，大量使用插入件，有十幾個到幾十個[1]，彎轉(zhuǎn)磁鐵引出的同步輻射光相比，由插入件引出的同步輻射光，而且具有更好的性能。因此，插入件使用的數(shù)量導致發(fā)光光電子束斑尺寸產(chǎn)生了很大的差異。三代同步輻射光源主要特

又可分為三類，低能光源、中能光源、高能光源。上海光 Radiation Facility, SSRF）是一臺高性能的中能第三和扭擺器插入裝置為特征，是我國迄今為止最大的大步輻射裝置中，上海光源的性能處于較為先進的地位、日本的SPring 8光源、歐洲的ESRF 光源，位居世被優(yōu)化在用途最廣泛的X射線能區(qū)，科學壽命大于開展自由電子激光等下一代光源的研究。上海光源同eV 電子直線加速器、3.5GeV 增強器、3.5GeV 電子儲沿環(huán)外側(cè)分布的同步輻射光束線和實驗站組成。上海 1.2 所示。電子束由電子槍發(fā)出，進入到40 米長的電能量達到100MeV 后被傳輸?shù)皆鰪娖髦袑ζ溥M一步加 后，將其注入到電子儲存環(huán)中。電子儲存環(huán)周長為43與此相對應的20 個直線節(jié)組成，除一個直線節(jié)用于放高頻腔外，其余直線節(jié)用來裝備扭擺器、波蕩器等

m2pqRp q sin 焦半徑 Rs直接加工成形，子午聚焦半徑 Rm是在壓彎機構(gòu)面對常用的反射鏡面的形狀進行簡要的介紹和說明。面鏡曲方程（2-1），在鏡子兩端施加相等的力矩0M ，可以壓制分別以柱面鏡中心距源點和像點的距離表示。柱面鏡只能聚焦，但與其它聚焦鏡相比，柱面鏡容易實現(xiàn)。Kirkpatr兩個正交的柱面鏡，聚焦精度較高。環(huán)面鏡鏡具有兩個相互垂直的聚焦半徑，能同時實現(xiàn)子午方向和長條形的柱面鏡做基底，在四點壓彎機構(gòu)作用下，可以使表面的超環(huán)面。由式（2-1）可知，對垂直放置的柱面鏡可以得到水平方向偏轉(zhuǎn)的超環(huán)面鏡，如圖 2.1 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2794328