水冷單色器與精密冷水機

在光學精密工程裡₪╃▩₪·，晶體單色器作為同步輻射光束線中重要的分光元件₪╃▩₪·，廣泛應用於上海同步輻射光源☁☁·▩。是光束線中的關鍵裝置₪╃▩₪·，各實驗站所需單色光波長₪◕·₪、能量解析度₪◕·₪、光斑大小都是由單色器來實現或決定₪╃▩₪·，它是整個同步輻射光應用中最重要的裝備之一☁☁·▩。

承擔該項研製任務的西安光機所“水冷弧矢聚焦單色器"專案組₪╃▩₪·，成功研製出我國第一臺具有自主智慧財產權的水冷弧矢聚焦單色器☁☁·▩。

水冷單色器結構的研究₪╃▩₪·，離不開高精度控溫的精密冷水機☁☁·▩。而專案現場的公共冷水系統₪╃▩₪·，滿足不了單色器的冷卻要求☁☁·▩。在國內的多個加速器專案₪╃▩₪·，比如上海同步輻射光源₪◕·₪、北京正負電子對撞機以及正在建設的北京先進光源₪╃▩₪·，大量使用單色器₪╃▩₪·，需要配置不同技術要求的精密冷水機☁☁·▩。

單色器對冷水機的溫度₪◕·₪、壓力₪◕·₪、流量的精密需求₪╃▩₪·，這裡分開闡述一下☁☁·▩。

首先是迴圈水溫度₪╃▩₪·，溫度主要是溫控精度₪╃▩₪·，溫控精度一般要求±0.01度或者±0.0.2度☁☁·▩。國內外大部分的冷水機滿足不了這個溫控要求₪╃▩₪·，有的是溫度控制的穩定性不夠₪╃▩₪·，有的是溫度測量的溫漂和時漂滿足不了使用要求☁☁·▩。

下圖是長流儀器精密冷水機的24小時溫度測試記錄☁☁·▩。

第二是迴圈壓力☁☁·▩。單色器包含大量的精密光學元件₪╃▩₪·，對冷卻水的迴圈壓力比較敏感₪╃▩₪·，首先是要求壓力較高₪╃▩₪·，其次是要求壓力的穩定性☁☁·▩。頻繁的壓力波動₪╃▩₪·，對光學器件造成一定的干擾☁☁·▩。對於單色器來說₪╃▩₪·，既要避免啟動壓力的衝擊₪╃▩₪·，也要避免執行過程中壓力的波動₪╃▩₪·，這兩部分必須解決好才能滿足單色器的使用☁☁·▩。

第三是冷卻水的流量穩定性☁☁·▩。流量的波動₪╃▩₪·，一般不超過±0.03L/min☁☁·▩。對精密冷水機的流量測量₪◕·₪、迴圈泵選型₪◕·₪、管道佈置₪╃▩₪·，都需要專業的設計考慮₪╃▩₪·，才能滿足流量波動性的要求☁☁·▩。

上海光源X射線衍射光束線(BL14B1)和小角散射光束線(BL16B1)中的水冷弧矢聚焦單色器研製過程中₪╃▩₪·，模擬分析了底冷式和曲頂槽式兩種水冷結構₪╃▩₪·，均能有效降低晶體表面的溫升₪◕·₪、減小變形量₪╃▩₪·，長流儀器研發的控溫精度±0.01℃精密冷水機₪╃▩₪·，是其中一個重要的水冷元件☁☁·▩。