高热负载X射线自由电子激光复合折射透镜的热分析

• Published in: Hé jìshu Vol. 48
• Main Authors: 王 震, 佟 亚军, 刘 芳
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: Science Press 01.05.2025
• Subjects: 复合折射透镜; 有限元分析; 热分析; 热应力; 高重频
• ISSN: 0253-3219
• DOI: 10.11889/j.0253-3219.2025.hjs.48.240172

上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh-repetition-rate XFEL aNd Extreme Light Facility，SHINE）具有高亮度、全相干性和高重复频率等特点。对于高重频硬X射线进行聚焦时，复合折射透镜（Compound Refractive Lens，CRL）需要承受高热负载，甚至会出现由高热应力引起的光学器件性能失效问题。为了确保CRL聚焦镜的热应力在许可限定范围内和CRL聚焦镜在高重频X射线下保持良好的光学性能，采用有限元方法（Finite Element Method，FEM）进行热分析，优化了X射线的最大许可重频，以降低CRL聚焦镜出现高热应力的风险，从而有效预防其光学性能的失效。通过优化设计，当光子能量为7 keV时，CRL聚焦镜最大热应力降低了93%，从1 008 MPa降低至74 MPa，有效预防了CRL聚焦镜高热应力问题。在实现X射线工作重复频率最大化和控制其热应力在许可范围内的同时，也确保了CRL聚焦镜在高重复频率下保持其良好的光学性能。