第三代同步辐射插入件光源以高亮度为特征，其中波荡器可通过光的干涉形成亮度很高的同步光，将对束线上的光学元件产生很高的热负荷。通常作为第一分光元件的双平晶硅单色器可以调谐给定的光子能量来满足实验要求，其第一晶体因为吸收绝大部分的入射光功率而产生热变形，导致与第二晶体的关系失谐，影响了单色光的能量分辨率和光通量，因此需要对晶体进行冷却处理。晶体热缓释技术的研究和应用可以使单色器在高热负荷的同步辐射多色光的照射下能够维持晶面的热变形不显著地展宽单色器的摇摆曲线，既保持一定的能量分辨率，又提供足够高的光子通量。随着插入件的设计制造技术的不断改进和突破，可以使波荡器结构更长，磁场强度更大，因此单色器在接收全光谱的同步辐射光时，特别是在高电子能量和低发射率情况下，将面临着越来越高的热负荷问题，必须对现有的热缓释技术进行改进或者探寻其它更有效地热缓释方法，这也是第三代同步辐射光源在不断发展的过程中所无法避免的严峻挑战。　　本文紧密结合中国高能同步辐射光源(HEPS)及其验证装置工程中实际运行条件的要求，围绕极高热负荷下的低温冷却双平晶硅晶体单色器极限性能的提升和优化来开展相关研究工作，在充分调研国内外热缓释技术发展现状的基础上，主要从以下四个方面进行研究:　　第一，通过建立单色器的转台和单色器第一、二晶体的空间衍射模型，计算得到转台偏差和两块晶体分别在滚角、摆角以及投角三个方向上的初始安装误差与Bragg角度差的关系式，提出晶体方位控制的技术要求，使得单色器在整个能量扫描范围内对Bragg角偏差均小于晶体达文宽度。同时，通过分析已应用于BSRF的单色器改进T机构在运动误差上的影响因素，提出了确保单色光出射高度恒定的精度要求。　　第二，按照高能光源中某一假想波荡器的高热负荷工况，对单色器第一晶体的冷却方式、冷却结构和冷却条件进行了设计和计算，并利用FEA方法对液氮冷却双晶单色器在5-20keV能量扫描范围内的热变形进行模拟分析，结果表明晶体冷却方案合理。此外，还对晶体单色器的最佳工作条件进行了预测。　　第三，根据双晶单色器的热分析结论，提出液氮循环系统的冷却需求和技术指标，并通过详细的管路设计、热力学验算和工作流程控制，使系统具有精确控压、低振动低消耗和回路快速升压等特点，也为后续的制造环节提供技术指导。　　第四，设计搭建真空低温条件下固体界面接触热阻的实验测量平台，探索接触热阻的改善措施，并确定了晶体单色器间接冷却结构中的接触界面工况。该研究不仅完善了硅晶体与无氧铜接触热阻在低温真空环境下的实验数据，也为晶体单色器的理论分析和冷却结构设计提供了可靠的参数保证。　　本论文中提出了可以应用在高热负荷条件下的双晶单色器及其冷却循环系统的设计方案，为研制单色器样机提供了理论参考和工程指导。在此过程中通过对单色器系统关键技术的自主性研究，为降低高能光源的工程建设造价、提高设备运行效率和维护能力均有积极的意义。