X-ray free electron laser oscillators (XFELOs) are future light sources that produce fully coherent hard X-ray pulses. Based on the low-gain principle, XFELO traps X-ray pulses in an optical cavity composed of multiple Bragg-reflecting mirrors that have high reflectivity in a bandwidth about ten meV. The crystal mirrors exposed to intense X-ray beams in the optical cavity are subject to thermal deformations that would shift and distort the Bragg reflectivity curve. Therefore, the stability of the XFELO operation depends on the ability of the mirrors to maintain the Bragg reflection under such thermal load. A new approach was used to analyze the thermal load of the mirrors. The approach utilizes a dedicated Bragg reflection physical process in GEANT4 to obtain precise absorption information of the XFELO pulses in the crystal. Following transient thermal behavior, including single pulse and multiple pulse inputs, was analyzed by finite element analysis software based on the energy absorption information extracted from the GEANT4 simulation. It is shown that, for a typical XFELO pulse depositing about ten microjoules energy the over a spot of tens of micrometers in radius, the thermal relaxation time across the thickness is on tens of nanoseconds scale. In this situation, a simplified heat-load model is then developed to integrate the heat load in the XFELO. With the simplified model, the potential impact of the thermal load on the XFELO operation is estimated. When a large amount of heat remains in the crystal, the pulse energy drops significantly and has large oscillations due to negative feedback of the temperature change on the pulse energy.

中文翻译：

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X射线自由电子激光振荡器中晶体的热负荷

X射线自由电子激光振荡器（XFELO）是未来的光源，可产生完全相干的硬X射线脉冲。基于低增益原理，XFELO将X射线脉冲捕获在由多个布拉格反射镜组成的光学腔中，该反射镜在带宽约为10 meV的情况下具有高反射率。暴露在光腔中强X射线束的晶体镜会经受热变形，从而使布拉格反射率曲线发生移动和扭曲。因此，XFELO操作的稳定性取决于反射镜在这种热负载下保持布拉格反射的能力。一种新方法用于分析反射镜的热负荷。该方法利用GEANT4中的专用布拉格反射物理过程来获得晶体中XFELO脉冲的精确吸收信息。根据从GEANT4仿真中提取的能量吸收信息，通过有限元分析软件分析了包括单脉冲和多脉冲输入在内的瞬态热行为。结果表明，对于典型的XFELO脉冲，在半径为数十微米的点上沉积约十微焦耳的能量，整个厚度的热弛豫时间为数十纳秒级。在这种情况下，然后开发简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。通过有限元分析软件，根据从GEANT4仿真中提取的能量吸收信息，对包括单脉冲和多脉冲输入的信号进行了分析。结果表明，对于典型的XFELO脉冲，在半径为数十微米的点上沉积约十微焦耳的能量，整个厚度的热弛豫时间为数十纳秒级。在这种情况下，然后开发简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。通过有限元分析软件，根据从GEANT4仿真中提取的能量吸收信息，对包括单脉冲和多脉冲输入的信号进行了分析。结果表明，对于典型的XFELO脉冲，在半径为数十微米的点上沉积约十微焦耳的能量，整个厚度的热弛豫时间为数十纳秒级。在这种情况下，然后开发简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。通过有限元分析软件，根据从GEANT4仿真中提取的能量吸收信息对离子束进行了分析。结果表明，对于典型的XFELO脉冲，在半径为数十微米的点上沉积约十微焦耳的能量，整个厚度的热弛豫时间为数十纳秒级。在这种情况下，然后开发简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。通过有限元分析软件，根据从GEANT4仿真中提取的能量吸收信息对离子束进行了分析。结果表明，对于典型的XFELO脉冲，在半径为数十微米的点处沉积约十微焦耳的能量，整个厚度的热弛豫时间为数十纳秒级。在这种情况下，然后开发简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。结果表明，对于典型的XFELO脉冲，在半径为数十微米的点上沉积约十微焦耳的能量，整个厚度的热弛豫时间为数十纳秒级。在这种情况下，然后开发简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。结果表明，对于典型的XFELO脉冲，在半径为数十微米的点上沉积约十微焦耳的能量，整个厚度的热弛豫时间为数十纳秒级。在这种情况下，然后开发简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。然后，开发了简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。然后，开发了简化的热负荷模型以将热负荷整合到XFELO中。使用简化模型，可以估算热负荷对XFELO操作的潜在影响。当晶体中残留大量热量时，由于温度变化对脉冲能量的负反馈，脉冲能量将显着下降并具有较大的振荡。