液氮冷却双晶单色器稳定性测试技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 樊奕辰 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 王劼 |
| 关键词 | 同步辐射 液氮冷却双晶单色器 角度稳定性 非接触测试 激光干涉仪 |
| 英文摘要 | 同步辐射光束线已经从高能量分辨发展到超高能量分辨，从微米聚焦到纳米聚焦，光束线的稳定性成为先进性能光束线的关键需求。对于硬X射线光束线，双晶单色器是核心设备，分光晶体的角度稳定性直接影响了聚焦光斑的位置稳定性以及出射光的能量及通量稳定性。本文结合上海光源工程实际，以液氮冷却双晶单色器为主要研究对象，发展了单色器运动参量及稳定性测试方法，研究了单色器工作波长在线检测技术，主要工作内容包括：研究了双晶衍射的理论基础，分析了双晶衍射角宽度、积分反射率、能量分辨率及输出通量等参数，讨论了双晶单色器稳定性对出射光束位置稳定性及出射光通量稳定性的影响。对比研究同步辐射领域常用的运动参量高精度检测技术，发展了适用于双晶单色器转角位移及其它运动参量的高精度检测方法并进行误差分析，可实现纳米量级线性位移检测分辨率以及亚微弧度量级转角位移检测分辨率，能够满足上海光源单色器运动参量的测试需求。以上海光源工程实际为例，简述了单色器转角运动机构、高差补偿运动机构、双晶平行性、切换重复性及劳厄晶体平移长直线导轨运动性能的常规测试方法及评价标准。发展了基于双频激光干涉仪的非接触式绝对角度稳定性测量方法，测角分辨率可达 31 nrad，能够满足亚微弧度量级的绝对稳定性测试需求。将该方案成功应用于上海光源 17 U 色器的工程维护，根据测试结果排查出振动原因，采取了更新隔振垫及更换水循环机组等措施，优化后实测单色器液氮循环状态下的稳定性提升了一个量级。该方案能够直接测量反射镜面或抛光晶面的稳定性情况，可以实现单色器稳定性的原位监测。发展了基于光纤式法布里-珀罗激光干涉仪的单色器双晶相对稳定性测试方法，测角分辨率高达 ~10-2 nrad，且适用于液氮低温及高真空环境，完全满足单色器稳定性的测试需求。应用该方案对上海光源自主研发的液氮冷却双晶单色器进行了不同工况下的稳定性测试，通过激振实验确定了双晶单色器的固有频率；分别对比了布拉格角 5 ~ 15°，液氮流量 3 L/min ~ 4 L/min，液氮循环机组泵频在 22Hz ~ 40Hz 范围内双晶单色器的稳定性情况；通过频谱分析确定了影响单色器稳定性的原因，为单色器优化提供了依据；测试结果表明，优化后上海光源自主研发的双晶单色器液氮循环状态 1~1000Hz 的稳定性 ＜180nrad，长期稳定性 ＜0.9 μrad/5h RMS，均优于上海光源二期快速 X 光成像线站对单色器稳定性的需求。研究了单色器波长检测技术，以上海光源硬X射线通用谱学线站为例，对其单色器的双晶失谐情况进行了模拟，讨论了单色器二晶失谐范围 -15″~15″ 的情况下，出射光束能量带宽、出射通量、光斑位置及形状的变化情况。依托于上海光源X光学测试线站，对单色器双晶失谐情况进行了在线检测，实测结果与模拟分析匹配，为在线监测单色器稳定性对出射光束的影响奠定了基础。本文以液氮冷却双晶单色器为主要研究对象，发展了单色器晶体绝对角度稳定性及双晶相对角度稳定性测试方法，并有效应用于上海光源单色器稳定性不同工况下的离线测试。文中所研究的测试方案均能应用于单色器稳定性的原位测试，以期实现离、在线测试结果的结合，深入了解单色器稳定性与出射光性能稳定性的关系。本文研究的内容对单色器设计优化及同步辐射光束线性能提升具有重要意义。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33923]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 樊奕辰. 液氮冷却双晶单色器稳定性测试技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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