直接水冷的Yb∶YAG薄片激光器系统设计与实验研究

设计了一台二极管泵浦的具有新型四通泵浦结构及接触式水冷装置的Yb∶YAG薄片激光器.激光泵浦源采用中心波长为940nm的二极管激光器,利用多模光纤进行耦合输出.YAG晶体Yb3+离子掺杂浓度为10%,几何尺寸为直径10mm,厚度500μm.激光晶体的散热装置采用自来水直接冷却,自来水通过铜热沉中打通的V型槽与薄片晶体直接接触.泵浦耦合系统采用聚焦透镜和一对直角棱镜的组合实现四通泵浦,聚焦透镜规格为直径50mm,焦距50mm.模拟了谐振腔的稳定性及不同腔长条件下所对应的激光光斑半径,设计了不同腔型的Yb∶YAG薄片激光器.在F-P腔中采用透过率为5%的输出耦合镜,获得了最高功率为3.28W的1 031nm连续激光输出,光束质量因子M2x=1.79,M2y=1.86,斜效率为20.5%.     

一种高亮度积分球定标光源的热设计EI北大核心CSCD

针对目前光学口径不断增大的空间光学遥感器对实验室辐射定标的要求,设计了一种使用近距离小面源照明方式定标的高亮度积分球光源,并对该光源的光学参数和结构参数进行了详细设计。为了解决高亮度积分球使用时的散热问题,采用水冷的散热方式,设计了专门的散热管路。对该光源循环水流速0.1 m/s下利用有限元分析法热仿真分析,仿真结果表明,溴钨灯光源附近温度维持在125°C左右,积分球出光口温度维持在80°C左右。实验结果表明,溴钨灯光源附近温度维持在125°C左右,积分球出光口温度维持在100°C左右。通过对比分析了积分球出光口温度差异的原因,验证了仿真分析与理论计算的正确性。同时测试了该光源在400~900 nm波段范围内光谱辐亮度为6714 W/（m2·sr）。     

回流式水冷超薄多层镜的研究

从理论和实验上讨论了水冷铜镜变形的规律, 从而设计出多种多层镜, 其中回流式多层镜在0.13MPa通水压力下净吸收86.9W激光功率时, 总变形仅 0.10μm,约为同等条件下普通水冷铜镜变形量的1/40。     

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针对水冷包层子模块并行通道的流量分配对热量导出的影响,以水冷包层子模块第一壁为研究对象,对其并行通道试验段的模化设计与流量分配特性展开了研究。采用模化方法对第一壁的结构进行设计,得出试验段相关参数。采用计算流体力学(CFD)的方法对模化设计的试验段进行数值模拟,并分析其流动状态。将结果与原型结构下的流动特性参数进行比较,验证了采用模化方法得到的试验段参数可以有效反映水冷包层子模块第一壁的流动特点,为试验装置的搭建提供参考。     

973 RFQ 水冷调谐系统(英文)

由于束流的传输效率对射频四极场加速器(RFQ) 中射频场的分布极其敏感,所以在RFQ 的运行过程中不再采用传统的调谐器调谐RFQ。水冷调谐的方法基本上不影响RFQ 射频场的分布,所以适用于RFQ 的调谐。中国科学院高能物理研究所为C-ADS、CSNS 预研RFQ 项目开发建造了一套水冷调谐系统,使用RF 相位差作为控制量进行RFQ 水冷调谐,相位差的控制精度达到了1°运行结果显示该系统满足了RFQ 的调谐需求。介绍了该系统的水冷系统、调谐控制系统和一些运行经验。Since the beam transmission of a Radio Frequency Quadrupole(RFQ) Accelerator is very sensitive to the field profile, the ordinary frequency tuning method by the local movable tuner is no more adopted in an RFQ operation. The tuning method by controlling cooling water temperature is widely adopted to tune the RFQ due to the less affect on the RFQ field profile. A Resonance Control Cooling System (RCCS) is developed and commissioned for the 973 RFQ,which is a R&D project for C-ADS and CSNS RFQ at IHEP. This system adopts the RF phase difference as control variable to tune the RFQ. The control accuracy of the RF phase difference is about 1°. The running of the 973 RFQ shows that the RCCS works very well and fully satisfies the operation requirement of the RFQ. In this paper, the water skid, resonance control system of the RCCS and the operation experiences will be presented.     

液态锂实验装置中水冷效率模拟

应用商业软件CFX 计算了液态锂流速、热通量、冷却水的速度和温度对自由流动液态锂在热负荷作用下液态锂温度和水冷效率的影响。结果表明：液态锂温度随液态锂流速的增大而降低。热通量小于2MW·m^-2 时,水冷能够满足对液态锂温度控制的要求;在更大热通量作用下,水冷却显现出冷却能力不足。增大冷却水流速是降低液态锂温度、提高冷却效率的有效途径;冷却水温度对液态锂温度和冷却效率的影响较小。     

水冷包层试验段设计与流动特性研究

针对水冷包层子模块并行通道的流量分配对热量导出的影响,以水冷包层子模块第一壁为研究对象,对其并行通道试验段的模化设计与流量分配特性展开了研究。采用模化方法对第一壁的结构进行设计,得出试验段相关参数。采用计算流体力学(CFD)的方法对模化设计的试验段进行数值模拟,并分析其流动状态。将结果与原型结构下的流动特性参数进行比较,验证了采用模化方法得到的试验段参数可以有效反映水冷包层子模块第一壁的流动特点,为试验装置的搭建提供参考。     

强激光热管冷却镜的数值研究

 为消除强激光微沟道水冷镜冷却水压力和扰动对激光输出稳定性的影响和冷却水道对冷却水流量的限制,提出并设计了热管冷却镜。采用ANSYS有限元软件,模拟计算了相同结构下镜面热吸收为12 W/cm²,实心镜、微沟道水冷镜与热管冷却镜连续工作60 s下镜体温升和镜面变形量。计算结果表明：热管冷却镜镜面轴向位移最大峰谷值为0.109 4 μm,微沟道水冷镜最大峰谷值为0.845 μm,实心镜镜面最大峰谷值为1.33 μm,热管冷却镜对镜面变形改善显著。     

SHMFF水冷系统蓄水罐与冷水机组联合供冷模式研究

稳态强磁场实验装置水冷系统具有大流量、大蓄冷温差的特性。前期设计由于考虑占地、成本等因素,所具备的蓄冷量无法满足今后磁体实验延长实验时间的要求。为扩大蓄冷量,提高冷冻水使用效率,现提出了蓄冷罐联合冷水机组供冷的模式,并将其与自然分层法进行了对比分析。