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《中国科学技术大学》 2007年
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X射线光束线仪器与条形射频源离子束刻蚀设备研制若干问题研究

董晓浩  
【摘要】: 同步辐射(SR)、惯性约束聚变(ICF)等以粒子束输运(Particle transport)为基础的大科学工程装置近年来在世界范围广泛发展,与之相关的非标仪器设备普遍涉及多门学科的精密集成,往往成为工程实施的关键。 论文主要介绍SR X射线光束线关键仪器、制作ICF大口径衍射光学元件的条形源大型离子束刻蚀设备若干设计制造技术和性能分析。主要内容包括以下两个方面: 1) NSRL X射线光束线仪器关键技术。根据我们X射线光束线仪器特点以及二期工程改造后的光源性能对仪器的影响,利用有限元数值模拟方法开展光学元件(U7C双晶单色器、U7B大面积聚焦镜)在没有水冷情况下的热载分析,通过对光子通量的测量,在线测试了双晶单色器的热效应,定性地分析了其从开机冷态到热平衡这一动态过程,并与普通底面间接水冷方式的模拟结果作了比较;对仪器的关键结构(双晶单色器联动机构、X射线聚焦镜压弯调整机构)从其原理、具体实施方法作了详细描述、讨论,并结合实际应用给出了其性能,系统地开展此类同步辐射关键仪器功能机构的研究。 2) KZ-400离子束刻蚀装置研制。基于条形射频源,我们研制了大尺寸基底往返线性扫描矩形离子束的刻蚀设备,用于大口径衍射光学元件图形转移工艺。详细阐述了此装置的工作原理,以及方形大真空室、三维调节运动工作台及线形运动系统、离子束流密度探测等结构特点与设计分析。通过试验测试不同工作气体压力、气流,加速电压与束压等条件下的长轴束流密度均匀性,给出了相应的利用束阑修剪引出离子束边缘从而提高束流密度均匀性的措施,达到优于5%的均匀性。不同工况条件下的刻蚀实验表明刻蚀机性能满足要求。 最后归纳总结了基于X射线、矩形离子束传输轨迹(Beam tracing)的仪器设备相关共性的问题:一定能量和空间分布的束线追迹模拟与测量,以及在受照光学表面投影引起的热载影响及数值模拟方法;对于一定性能需求的束线传输仪器设备,采用机械机构补偿运动、微小位移补偿精度调整实现要求束线传输轨迹、提高束线传输性能的设计方法。同时简单讨论了这些方法的改进与完善以及在更高性能需求的仪器设备的可能应用。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O434.1;TL626

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