В Новосибирске созданы «батарейки» по мощности 1/4 местной ГЭС
Новосибирские ученые создали «батарейку», которая за несколько микросекунд выдает 100 МВт — это 1/4 мощности местной ГЭС. Модулятор будет питать СКИФ.
Ученые из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (далее — ИЯФ СО РАН) создали источник питания для линейного ускорителя синхротрона СКИФ (ЦКП «СКИФ»). Специалисты сдали в эксплуатацию твердотельный модулятор, он работает по индукционному типу. Созданный модулятор способен в импульсном режиме – вплоть до нескольких микросекунд – выдавать более 100 МВт, что составляет примерно ¼ мощности новосибирской ГЭС. Это источник питания для клистрона – устройства, которое производит сверхвысокочастотную энергию для некоторых научных установок.
Модулятор – это устройство, которое формирует заданный импульс высокого напряжения. Основные элементы модулятора – накопитель электрической энергии и твердотельный полупроводниковый ключ, который формирует импульс. Чем выше напряжение, тем сложнее сделать надежный ключ. Клистрон представляет собой усилитель энергии электронов в энергию СВЧ колебаний.
«Модулятор должен выдавать импульсную мощность больше 100 МВт, – пояснил заведующий сектором ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Алексей Левичев, – и обычно она запасается в конденсаторах в виде электрической энергии. Но высокое напряжение – это всегда опасно, неприятно и сопряжено со множеством проблем. Модулятор ИЯФ сделан на основе индукционного сумматора напряжения. Это значит, что на элементах каждого индуктора напряжение одинаковое и в N раз по числу индукторов ниже, чем выходное напряжение на получаемое на вторичном витке, который надежно скрыт внутри индукторных секций. Такой принцип сильно упрощает работу с этим устройством».
Размер модулятора равен платяному шкафу, при этом устройство безопасно для использования. Сотрудники могут работать в непосредственной близости от него.
Модулятор создает высокое напряжение, используя низковольтные ключи. Импульсы, созданные ключами, используются для питания клистрона. Клистрон усиливает энергию до 5 порядков мощности.
Главное отличие модулятора от похожих разработок 2000-х годов в том, что у него снижено негативное воздействие и высокая надежность работы.
«Попытки изготовления подобных модуляторов были в научных центрах Японии и США, но при создании этих образцов не удалось добиться надежной работы твердотельных ключей. Добиться надежной работы нашего модулятора нам помогло как раз использование формирующих линий в качестве накопителей энергии и реализованное нами простое схемотехническое решение балансировки токов, протекающих через каждый силовой ключ», – пояснил заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН Петр Бак.
Сейчас модулятор используется самим институтом для СКИФа, в дальнейшем планируется задействование устройства для питания собственных установок института. Всего в СКИФ будет задействовано три клистрона, а значит и три модулятора. По словам ведущего инженера ИЯФ СО РАН Сергея Вощина, на разработку и освоение технологии производства ушел год.
В разработке принимали участие Бердский электромеханический завод, Новосибирский завод конденсаторов и Санкт-Петербургский государственный технологический институт.
Напомним, что ранее новосибирские ученые придумали, как освещать улицы без электричества.