低温下硅晶体与无氧铜接触热阻实验方法的数值模拟研究

硅晶体与无氧铜界面之间的接触热阻影响第三代同步辐射光源中承受高热负荷的硅晶体单色器冷却结构性能优化设计。实际测量固体界面处接触热阻时,温度传感器安装方式和加热功率均影响实验准确性。文中利用数值模拟方法从这两方面对接触热阻计算偏差进行分析。结果表明,焊接或粘贴方式安装温度传感器使测温更加接近真实情况,并且测量接触热阻越小,加热功率可调范围越小,对测量仪器精度要求越高,进而对实际测量方法的选择有现实指导意义。     

衍射增强成像方法中两种晶体排列方式的对比研究

北京同步辐射装置(BSRF)4W1A光束线形貌学实验站近两年开展了两块晶体的衍射增强成像实验研究，在实验中，晶体转轴垂直于同步辐射偏振面时的图像质量好于晶体转轴平行于同步辐射偏振面时获取的图像.本文从X光强度分布、单色器晶体的热膨胀、空间分辨率、角分辨率等方面系统地对两种晶体几何排列方式进行了比较研究.实验和理论分析的结果表明，晶体转轴垂直于同步辐射偏振面时单色器晶体上的热膨胀对成像的影响较小，因而获得了更好的成像质量. 关键词： 同步辐射 衍射增强成像 晶体衍射     

液氮冷却硅晶体单色器的流固耦合传热研究

液氮冷却硅晶体单色器是一个流固耦合传热系统,涉及固体部件之间的传热和计算流体力学(CFD)问题。硅晶体和无氧铜之间发生热传导,无氧铜和液氮之间进行对流换热。确定上述流固耦合传热系统的内部边界条件成为该系统研究的难点。因此,采用热流固三场耦合分析方法将液氮-无氧铜-硅晶体作为一个整体进行研究,计算时只定义系统的外部边界条件。该冷却结构设计考虑了硅晶体和无氧铜之间的接触热阻和液氮在冷却通道内的流动,因而模拟结果与实际状况更加接近,且此液氮间接冷却硅晶体单色器结构能够承受870W的热负荷将用于北京先进光源。     

液氮冷却劳厄晶体单色器的热力耦合研究

针对高能同步辐射光源工程材料线站研制的劳厄晶体单色器上受光压弯晶体光学元件,利用有限元方法模拟计算了具有各向异性和低温材料非线性的硅晶体的压弯面形和热变形,计算结果显示硅晶体精确三维点云体载荷的最高温低于面吸收并且体吸收的热变形呈现出非对称性,同时精确给出了压弯和热变形导致晶体变形数据,为束线后续衍射动力学追迹模拟评估对光斑性能的影响提供更加真实可靠的保证。     

液氮冷却硅晶体单色器的研究

第三代同步辐射光源给光束线设计带来的关键问题之一是高热负载．本文讨论了采用液氮冷却硅晶体单色器的原理、实验装置以及测试结果．     

基于线切割机加工硅分光晶体的研究

单晶硅分光晶体作为同步辐射光源光束线单色器中常用的部件,由于它对加工精度的要求越来越高,所以减小加工过程中产生的残余应变显得尤为重要。介绍了线切割机加工单晶硅晶体的主要过程,包括晶体定向的原理,线切割机加工硅分光晶体的方法,检测加工表面的粗糙度和面形。此外还利用上海光源BL14B线站测量了它的摇摆曲线,其结果满足设计要求。     

原位测量固体材料热导率的改进热探针方法

热导率是一个重要的热特性参数,它的测量方法包括稳态法和瞬态法。然而,各测量方法由于接触界面均存在非完美热接触,导致接触热阻无法忽略,进而降低热导率测量的准确性。于是,本研究提出了一种改进的热探针方法,即原位浇筑单针法,来降低接触热阻的影响。同时我们还采用了另外四种常用的热导率测量方法测量六种材料的热导率。并且,为了研究接触热阻对热导率测量的影响,我们采用了涂抹导热硅脂的双针法和单针法测量材料热导率。研究表明,原位浇筑单针法的测量结果与其它四种方法热导率的测量结果相一致,并且,原位浇筑单针法可以有效地减少接触热阻,从而提高热导率测量的准确度。     

EXAFS测量中“负峰”现象的研究

在进行EXAFS测量时,需用晶体单色器对入射X射线进行分光。对于非同步辐射光源,所得到的应是光源的连续谱和叠加其上的靶及杂质的特征线。但在实际测量中还经常发现“负峰”出现,它对测量的EXAFS及其它X射线谱会产生干扰。本文报道了实验观察结果,用多重衍射效应对此现象作了解释,并讨论了消除“负峰”的方法。 关键词：     

X射线驻波方法研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪,在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术,并用这一实验技术结合X射线衍射方法,研究了Si晶体中外延生长的超薄Ge原子层的微结构.实验结果表明,由于Ge原子的偏析,在Si晶体样品中形成了共格生长的Ge_xSi_1－x合金层,浓度平均值为x≈0.13;650℃退火会使Ge原子向表面扩散,Si晶体中的合金层消失,在晶体表面形成接近纯Ge的单原子层.     

极高分辨变包含角平面光栅单色器关键技术及检测方法研究

变包含角平面光栅单色器具有分辨率高和光通量高等优点,被广泛应用于各科研领域,并且随着相关领域研究的不断深入,迫切需要提高其光谱分辨率,以满足使用需求。为研究探索极高分辨率变包含角平面光栅单色器,结合上海同步辐射光源光束线,重点研究影响单色器分辨率的关键因素;对单色器光学元件表面热负载进行分析,设计冷却系统,降低热负载产生的影响;研究变包含角平面光栅单色器转角精度等检测方法。结果表明,根据推导出的变包含角平面光栅单色器光学放大倍数与单色器分辨率的关系式,达到优选极高分辨率工作模式的目的;加入冷却系统后,单色器前置平面镜因受热负载影响而产生的最大斜率误差由8.1μrad降到3.1μrad;设计可应用于变包含角光栅单色器分辨率达5×10~4的转角精度检测方法,检测精度可达0.026″。该研究将为第三代同步辐射光源中建造极高分辨变包含角单色器提供帮助。     

低温下固体接触热阻与接触电阻的实验研究

在低温工程中,两个接触固体之间存在着接触热阻与接触电阻,将对低温实验中热量及电流的传输产生显著的影响,是进行低温下物性研究的关键。自行研制了一套可同步实现固体接触热阻和接触电阻的测量装置,该系统具有较高的精度,可实现外界力、温度等对接触热阻的测量,同时具备接触电阻的实时测量功能。在此基础上,开展了外界压力、温度、电流对接触热阻和接触电阻的实验研究。实验结果显示:随着压力的增大,接触热阻与接触电阻随之减小;低温下,随着温度的增大接触热阻与接触电阻增大,接触电阻增大的速率要比接触热阻快。温度平衡时,20mA范围内的电流变化对接触电阻的影响显著,对接触热阻影响非常小。当界面温度达到室温后,首次观测到接触热阻和接触电阻会随着温度的增大而减小。     

上海同步辐射装置波荡器光源空间相干性的研究

利用高斯-谢尔光源模型理论与交叉谱密度函数在自由空间传输的规律, 研究了上海同步辐射装置波荡器光源(BL15U)的空间相干性; 讨论了预聚焦镜、单色器对光束空间相干性的影响;实验测量了单色光狭缝S2处光束的横向相干长度(Z方向). 理论计算表明, S2处光束的横向相干长度为66.5 μm,但实验测量结果为27 μm. 理论与实验相差较大的原因是由于S2上游光学元件预聚焦镜或单色器周期性高频振动导致了光束空间相干性的退化.实验结果表明,上海同步辐射装置波荡器光源已有较强的空间相干性, 可以满足微米尺度的硬X射线相干性实验.     

复合隔热结构活塞界面材料接触热阻实验研究

复合隔热结构活塞是一种新型的高功率密度柴油机活塞,其结构由多种材料组合而成,而材料间的界面接触热阻会对活塞的隔热效果产生影响。本文基于稳态热流法搭建测量接触热阻实验装置,分别对钛合金与耐热钢之间的接触热阻和耐热钢与铝合金之间的接触热阻进行了测量,并对试验的误差进行分析,确定试验过程中界面热阻的最大测试误差为5.81%,研究了活塞工况下的压力和温度对材料界面接触热阻的影响.结果表明:相同压力下,随界面温度的升高接触热阻呈下降趋势.在界面压力较小条件下,温度的变化对接触热阻影响比较明显。相同温度下,材料接触界面处的压力越大,其接触热阻值就越小,但是在不同的温度阶段,接触热阻减小幅度不同.同样的载荷与温度条件下,耐热钢和铝合金的界面接触热阻比钛合金和耐热钢材料组合的接触热阻小.     

同步辐射弧矢聚焦双晶单色器传输效率的研究

本文对理想弧矢聚焦双晶单色器的相对传输效率进行理论分析;对第一晶体受高热负载发生的形变及第二晶体的鞍型形变对单色器的传输效率影响的原因,抑制第一晶体热形变、第二晶体鞍型形变所采取的结构和方法进行了简单的叙述;并对采取直接水冷的第一晶体和背部加肋的第二晶体进行了SHADOW光学追踪分析;进而得出整个单色器的实际传输效率.     

X射线驻波方法研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪,在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术,并用这一实验技术结合X射线衍射方法,研究了Si晶体中外延生长的起薄Ge原于层的微结构。实验结果表明,由于Ge原予的偏析,在Si晶体样品中形成了共格生长的GexSi1-x合金层,浓度平均值为x≈0.13;650℃退大会使Ge原予向表面扩散,Si晶体中的合金层消失,在晶体表面形成接近纯Ge的单原于层。     

单色器晶体角度微振动的高精度原位检测技术

为实现对双晶单色器角度微振动的原位测量,设计了基于双频激光干涉仪的双晶单色器晶体角度微振动测试系统,并搭建了实验平台。激光经干涉计偏振分光后射向被测晶面,对反射信号调制解调求得晶面两端的位移偏差,从而高频获取晶面的角度位移信息。通过数据预处理可以有效去除夹杂在数据中的噪声及直流分量,应用快速傅立叶变换处理得到晶体角度振动的频谱信息,准确获取对晶体稳定性产生影响的特征频率,从而分析影响晶体稳定性的主要振源。该方案可实现晶体角位移的高频采集,分辨率高达25 nrad,并能准确分析出不同振源影响下晶体微振动的情况,为单色器结构优化提供参考。     

弧矢聚焦双晶单色器性能测试研究

针对同步辐射光束线中的弧矢聚焦双晶体单色器,研究了高准确度自准直平行光管对Bragg转角的步长分辨、转角准确度等参量检测的方法.利用单色器的双晶平行光路,可以方便实现对晶体微调角度的放大,从而检测微调机构的性能.建立了光束线模拟光路,可以实现对弧矢聚焦效果的检测.利用该方法,完成了我国第一台弧矢聚焦双晶单色器的离线检测,检测结果达到了理论设计指标,表明了测试方法的有效性.     

微结构接触界面热阻

微纳米结构的接触热传输是热电转换、超导冷却、集成芯片散热等高技术领域面临并必须着力解决的技术问题,它区别于宏观热传输,具有为尺度依赖效应和多个微观特征量。文中从微结构接触热传输阻力角度出发,探讨了接触热阻及界面热阻区别,阐释了微尺度的特征量,接触界面热阻实验及理论研究方法、实验参数的测量,接触热阻及界面热阻的材料选择。通过接触界面热阻这些方面的研究,为研究接触界面热阻研究提供了较全面的参考。     

X射线（n,—n）双晶衍射抑制高次谐波实验研究

对将用于同步辐射ＥＸＡＦＳ 实验站双晶单色器的晶体进行了双晶衍射失谐抑制高次谐波的实验．结果表明，对Si(111）晶体，当双晶衍射失谐到基波强度只有原来的一半时，高次谐波均消失．本文讨论了Si（２２２）衍射不完全消光的原因．对Si（２２０）晶体衍射的情况也进行了简要的讨论．     

一种测量板间接触热阻的新方法

材料结构界面的接触热阻对飞行器热防护和热控制系统的性能有直接影响,在设计和研制阶段均要慎重考虑。本文提出了一种测量板间接触热阻的新方法——"叠片法",即采用多个样件层叠的方式,可以较方便、准确地测量不同平板金属之间、非金属之间以及金属与非金属材料接触界面的实际接触热阻。通过对典型样件的测试分析,结果表明测量方法能够满足工程应用的需要。