光束线是同步辐射装置的重要组成部分。为了充分利用和发挥合肥先进光源(HALF)的低发射度、高亮度以及相干性等优点,满足实验用户的用光需求,给光束线技术带来挑战。能量分辨本领是光束线的核心指标之一。在“高分辨光束线关键技术”预研项目中,瞄准国际同类装置的最高水平,提出研制一台能量分辨本领为10万(@1000eV)的超高分辨单色器。它是一台长度近70米的大型软X-光光谱仪。其内容涉及光学系统设计、精密光学元件和精密运动系统的加工及检测、安装调试、热变形和环境稳定性的控制技术。
精密轴系是单色器的核心机构,其精度直接决定单色器能量分辨本领指标。首次提出了采用密珠轴系,作为高精度的转动系统的方案。经检测,轴系的精度满足超高分辨光栅单色器的使用要求,为单色器的成功研制奠定技术基础。
由于单色器的精密运动系统的精度要求高,其自身结构及工作环境的稳定性指标至关重要。为此采用应力分析和模态分析,优化了单色器结构,分析和评估地基微振动对单色器精度的性能影响。建立了从单色器建模、动态分析和振动测试的技术系统。
在高亮度同步辐射光的照射下,光学元件的热负载带来的热变形的影响已成为光学系统成像质量不可忽视的因素。为此开展了光学元件热负载分析及冷却方法研究。已经完成了多种插入件光源的热功率分布计算和模拟,完成高分辨本领单色器中光学元件冷却方案设计工作。
单色器的加工进度严格按照项目CPM计划执行。2020年1月中旬,单色器真空部分及总体支撑加工并装配完成。目前处于厂家真空测试阶段,初步测试结果显示支撑系统的尺寸、精度、调节范围以及真空度指标均符合设计要求。单色器真空内部机构包括:精密回转轴系、光学元件切换机构、光学元件装夹机构等,是单色器中精度要求最严格的部件,加工工序最为复杂。加工方面,目前只剩部分超高精度的零件处于超精密研磨阶段,2020年2月底可全部完成。预计3月上旬完成内部机构的装配、调试工作。
上述工作的完成,为国内自主研发高能量分辨本领单色器奠定了坚实的基础。
图1单色器真空部分及总体支撑