一种同步辐射光束线前端区的光阑总成

本技术属于同步辐射光束线前端领域，用于同步辐射光束线热辐射吸收领域，具体涉及到一种同步辐射光束线前端区的光阑总成。

背景技术：

1、同步辐射光束线的前端区的功能之一是在满足光束线使用张角的基础上，尽可能处理掉边缘多余同步辐射。同步辐射具有很高的热功率，为减少光束线中光学元件所承受的热负载，必须在前端设置光阑进行热辐射吸收。

2、光阑是指同步辐射装置的前端设备用于吸收同步辐射部分光源，并使得部分光源通过通光孔，从而达到吸收边缘光源，只留下中心光源的一套装置。对于较大辐射热功率的束线，可以采用2-3个光阑，以组成一个光阑总成来分级吸收弯铁光源和插入件光源中的边缘光源。每个光阑通光孔加工成一定的斜面，使得来自于插入件光源和弯铁光源的光束线以一个很小角度掠入射在每个光阑吸收面上，并通过光阑来进一步限定光束的张角，通过合理布置光阑位置及数量可以实现热辐射的吸收，并保证有一定张角的光束通过。前端的光阑可以例如设置两个，每个光阑可以吸收有限热辐射吸收的热功率。

3、前端区光阑的设计难点主要为如何合理分配各个元件上的吸收功率，使得每个光阑承受的热负载均匀且合理，从而减少光阑热变形或者材料性能失效。在大多数的同步辐射前端光阑设计中，由于空间布局有限，需要综合考虑设备尺寸、吸收体材料应力限值等确定每个热负载光阑的热功率。

4、目前主要采用的单个固定光阑的结构如图3和图4所示，即前后2个光阑均为整体式光阑。整体式光阑指的是在水平和垂直方向上都做卡光的光阑。整体式光阑的中间有通光孔201，光束通过中间的通光孔201经过，通光孔由四周的斜面形式的吸收面202来限定，因此光束线以一定角度掠入射在吸收光阑的表面，4个吸收面202都可以接收到热辐射。同时，固定光阑的通光孔也是光束线张角的保证，通光孔的4个面卡光，以保证光束线的使用张角。因此，每一个光阑需要在垂直和水平上都需要吸收热负载，在通光孔的4个角必然会产生较大的热应力。

5、由此，相应得到的整体式光阑总成如图1和图2所示，第一光阑1’和第二光阑2’均为整体式光阑。整体式光阑的2个光阑布置在距离光源2-3米位置上，前面的固定光阑吸收主要的热功率以后，在固定光阑2上的热辐射面积集中在出口一小片区域上。如图1所示，第一光阑1’和第二光阑2’在水平方向上的出口宽度相同，以通过第一光阑1’和第二光阑2’依次在水平方向上进行第一次遮光和第二次遮光。如图2所示，第一光阑1’和第二光阑2’在竖直方向上的出口高度相同，以通过第一光阑1’和第二光阑2’依次在竖直方向上进行第一次遮光和第二次遮光。

6、针对热功率较为集中且功率密度较高的光束线，主要的高热负载都集中在很小的一块区域，采用这样的光阑总成就不太合理。由于热负载功率密度高，热负载集中，采取现有的整体式光阑总成，即采用前后2个整体式光阑，会导致前后2个光阑承受的热功率分配不均匀，前面的光阑吸收边缘热负载，功率密度低，受热面积大；后面的光阑吸收中心光锥，受热面积小，功率密度高。前面的固定光阑吸收主要的热功率以后，在固定光阑2上的热辐射面积集中在出口一小片区域上，这样就会导致后面的光阑承受的热功率只在出口附近2-3mm的区域，热负载不容易导出，这样就比较容易在四个角出现应力集中的现象，由此可见，这种结构不适用于热负载功率密度大且较为集中的光束线上。通过改变结构实现高热密度负载光源的负载吸收以及合理分配热功率避免热应力集中是前端设计中迫切需要解决的技术难题。

7、现在方法采用的光阑总成无法实现合理分配高热密度负载及避免应力集中的功能，因此，急需一种新的光阑总成，以在有限的前端空间中实现高热密度热负载光源的热辐射吸收。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种同步辐射光束线前端区的光阑总成，以实现合理分配高热密度负载，避免应力集中。

2、为了实现上述目的，本实用新型提供一种同步辐射光束线前端区的光阑总成，包括彼此间隔开的水平光阑和垂直光阑，所述水平光阑的通光孔在水平方向上的出口宽度小于垂直光阑的通光孔在水平方向上的入口宽度和出口宽度，所述垂直光阑的通光孔在竖直方向上的出口高度小于水平光阑的通光孔在竖直方向上的入口高度和出口高度，使得所述水平光阑仅仅在水平方向上对光源的光束张角进行限制，所述垂直光阑仅仅在竖直方向上对光源的光束张角进行限制。

3、所述水平光阑和垂直光阑均采用分体式光阑，所述分体式光阑具有一个光束限制方向，所述分体式光阑在其光束限制方向上的两侧具有两个彼此相对且沿着所述分体式光阑的长度方向延伸的热辐射吸收面，所述通光孔由两个热辐射吸收面限定。

4、所述热辐射吸收面是倾斜的平面，所述热辐射吸收面的倾斜角度在2°以内。

5、所述水平光阑的通光孔的入口宽度和垂直光阑的通光孔的入口高度均是10-100mm，所述水平光阑的通光孔的出口宽度和垂直光阑的通光孔的出口高度均是2-10mm。

6、每个热辐射吸收面在垂直于光束限制方向上的两侧具有两个边缘，两个热辐射吸收面的彼此相对的边缘之间均通过沿着所述分体式光阑的长度方向延伸的圆形应力槽来连接，所述通光孔由两个热辐射吸收面和两个圆形应力槽共同限定。

7、所述圆形应力槽在分体式光阑的长度方向上的所有截面的形状和尺寸均相同。

8、所述圆形应力槽的截面是直径等于10mm的圆孔。

9、所述水平光阑和垂直光阑的通光孔采用慢走丝线切割加工得到。

10、所述分体式光阑的相对于所述通光孔的径向外侧设有冷却水管，所述冷却水管环绕于所述通光孔设置；且所述分体式光阑在靠近通光孔的出口的位置设有温度探头孔。

11、所述分体式光阑在入口处的中央设有与所述通光孔连通的工艺孔，所述工艺孔的整体形状为圆锥形，且其倾斜角度大于所述热辐射吸收面的倾斜角度。

12、本实用新型的同步辐射光束线前端区的光阑总成通过水平光阑来仅仅在水平方向上对光源的光束张角进行限制，通过垂直光阑仅仅在竖直方向上对光源的光束张角进行限制，在有限的前端空间中同样通过布置2个光阑实现高热密度热负载光源的热辐射吸收，结构紧凑，占用空间小，在不增加光阑数量以及光阑间距的情况下，实现热功率的合理分配吸收，避免光阑出口处的应力集中，提高光阑的使用寿命。

技术特征：

1.一种同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，包括彼此间隔开的水平光阑和垂直光阑，所述水平光阑的通光孔在水平方向上的出口宽度小于垂直光阑的通光孔在水平方向上的入口宽度和出口宽度，所述垂直光阑的通光孔在竖直方向上的出口高度小于水平光阑的通光孔在竖直方向上的入口高度和出口高度，使得所述水平光阑仅仅在水平方向上对光源的光束张角进行限制，所述垂直光阑仅仅在竖直方向上对光源的光束张角进行限制。

2.根据权利要求1所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，所述水平光阑和垂直光阑均采用分体式光阑，所述分体式光阑具有一个光束限制方向，所述分体式光阑在其光束限制方向上的两侧具有两个彼此相对且沿着所述分体式光阑的长度方向延伸的热辐射吸收面，所述通光孔由两个热辐射吸收面限定。

3.根据权利要求2所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，所述热辐射吸收面是倾斜的平面，所述热辐射吸收面的倾斜角度在2°以内。

4.根据权利要求2所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，所述水平光阑的通光孔的入口宽度和垂直光阑的通光孔的入口高度均是10-100mm，所述水平光阑的通光孔的出口宽度和垂直光阑的通光孔的出口高度均是2-10mm。

5.根据权利要求2所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，每个热辐射吸收面在垂直于光束限制方向上的两侧具有两个边缘，两个热辐射吸收面的彼此相对的边缘之间均通过沿着所述分体式光阑的长度方向延伸的圆形应力槽来连接，所述通光孔由两个热辐射吸收面和两个圆形应力槽共同限定。

6.根据权利要求5所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，所述圆形应力槽在分体式光阑的长度方向上的所有截面的形状和尺寸均相同。

7.根据权利要求6所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，所述圆形应力槽的截面是直径等于10mm的圆孔。

8.根据权利要求1所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，所述水平光阑和垂直光阑的通光孔采用慢走丝线切割加工得到。

9.根据权利要求2所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，所述分体式光阑的相对于所述通光孔的径向外侧设有冷却水管，所述冷却水管环绕于所述通光孔设置；且所述分体式光阑在靠近通光孔的出口的位置设有温度探头孔。

10.根据权利要求2所述的同步辐射光束线前端区的光阑总成，其特征在于，所述分体式光阑在入口处的中央设有与所述通光孔连通的工艺孔，所述工艺孔的整体形状为圆锥形，且其倾斜角度大于所述热辐射吸收面的倾斜角度。

技术总结本技术提供一种同步辐射光束线前端区的光阑总成，包括彼此间隔开的水平光阑和垂直光阑，水平光阑的通光孔在水平方向上的出口宽度小于垂直光阑的通光孔在水平方向上的入口宽度和出口宽度，垂直光阑的通光孔在竖直方向上的出口高度小于水平光阑的通光孔在竖直方向上的入口高度和出口高度，使得水平光阑仅仅在水平方向上、垂直光阑仅仅在竖直方向上对光源的光束张角进行限制。本技术的光阑总成通过水平光阑来仅仅在水平方向上、通过垂直光阑仅仅在竖直方向上对光源的光束张角进行限制，在不增加光阑数量以及光阑间距的情况下，实现热功率的合理分配吸收，避免光阑出口处的应力集中，提高光阑的使用寿命。技术研发人员：吴帅,王进伟,李勇军,祝万钱,刘俊男受保护的技术使用者：中国科学院上海高等研究院技术研发日：20230915技术公布日：2024/5/29