Новосибирские физики разработали мощную «батарейку» для синхротрона СКИФ

Устройство способно выдавать более 100 МВт в импульсном режиме.

Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали твердотельный модулятор мощностью более 100 МВт. Он станет источником питания для линейного ускорителя источника синхротронного излучения Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ), сообщили в пресс-службе института во вторник.

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. Модулятор индукционного типа позволяет получать высокое напряжение, используя при этом большое количество относительно низковольтных ключей.

«Созданный модулятор способен в импульсном режиме — вплоть до нескольких микросекунд — выдавать более 100 МВт, что составляет примерно четверть мощности новосибирской ГЭС. При столь колоссальной мощности модулятор компактен — его размер сопоставим с платяным шкафом. При этом устройство настолько безопасно, что допустима работа в непосредственной близости от него. Созданный модулятор будет питать линейный ускоритель синхротрона СКИФ (ЦКП «СКИФ»), а его следующие версии планируется использовать в питании собственных установок института», — говорится в сообщении института.

Как отметили в пресс-службе, модуляторы с похожими характеристиками в 2000-х гг. пытались изготовить сотрудники двух ускорительных центров — SLAC (США) и KEK (Япония). Разработка SLAC (США) не была принята в эксплуатацию по причине низкого показателя надежности, а в разработке KEK (Япония) — не были достигнуты запланированные технические характеристики. Твердотельный модулятор ИЯФ СО РАН имеет ряд преимуществ. «Мы применили в качестве накопителей энергии формирующие линии. Их особенность заключается в том, что они настроены на определенную длительность рабочего импульса, и когда из них выходит вся энергия, то электрический ток практически прекращается, и происходит «мягкая» коммутация ключей. Кроме того, если в схеме происходит электрический пробой, формирующие линии сами по себе ограничивают ток, поэтому его негативное воздействие на устройство снижается. Второе отличие — это использование твердотельных ключей, то есть транзисторов, вместо газоразрядных тиратронов. Они работают надежней и стабильней», — приводит пресс-служба слова заведующего лабораторией ИЯФ СО РАН Петра Бака.

В линейном ускорителе инжектора СКИФ планируется использование трех модуляторов. В дальнейших планах ученых — переоснащение новыми клистронами ускорительной инфраструктуры ИЯФ СО РАН. Как отметил ведущий инженер института Сергей Вощин, производителей твердотельных модуляторов индукционного типа в мире не так много, и теперь мы тоже входим в это число. «Чтобы довести разработку до коммерческого уровня, нам необходимо усовершенствовать систему управления и автоматизацию», — добавил он.

О синхротроне

ЦКП «СКИФ» — уникальный по своим характеристикам источник синхротронного излучения поколения 4+, который представляет собой ускоритель, где частицы движутся по кольцу в вакууме почти со скоростью света, а мощные электромагниты придают им энергию и задают траекторию движения. Его строительство началось в новосибирском наукограде Кольцово в 2021 году. Головным исполнителем проекта является Институт ядерной физики СО РАН.