水冷單色器與精密冷水機

在光學精密工程里，晶體單色器作為同步輻射光束線中重要的分光元件，廣泛應用于上海同步輻射光源。是光束線中的關鍵設備，各實驗站所需單色光波長、能量分辨率、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。

承擔該項研制任務的西安光機所“水冷弧矢聚焦單色器"項目組，成功研制出我國第一臺具有自主知識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。而項目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項目，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，這里分開闡述一下。

首先是循環水溫度，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。

第二是循環壓力。單色器包含大量的精密光學組件，對冷卻水的循環壓力比較敏感，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。對于單色器來說，既要避免啟動壓力的沖擊，也要避免運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、循環泵選型、管道布置，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制過程中，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組件。