高热负载<bold>X</bold>射线自由电子激光复合折射透镜的热分析

Abstract

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。

Keywords

• 复合折射透镜
• 有限元分析
• 热分析
• 热应力
• 高重频