В Дубне разработали источники напряжения для детекторов ядерного излучения
Прецизионные источники высокого напряжения для детекторов ядерного излучения разработали специалисты Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) им. Г. Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), г. Дубна, сообщает 19 сентября пресс-служба института.
Источники напряжения используются в ряде экспериментов и промышленных установках. Они должны обеспечивать качество, надежность, требуемый условиями работы температурный диапазон и необходимый функционал. В экспериментальной ядерной физике источники высокого напряжения (HV) являются важными элементами измерительных установок.
HV в основном используются для питания разнообразных детекторов радиоактивного излучения (полупроводниковых, на основе фотоумножителей и других). При этом в зависимости от решаемой задачи эксперимента количество детекторов может различаться от единиц до нескольких тысяч.
Общие требования к таким источникам включают в себя широкий диапазон выходного напряжения разной полярности (от десятков вольт до киловольт), минимальные шумы и пульсации (единицы милливольт), стабильность, мощность (до 10 Вт), компактность, надежность и ремонтопригодность. Причем в каждой установке могут использоваться детекторы разного типа.
Различные типы детекторов задают и различные требования к HV. Так, для полупроводниковых детекторов требуются низкие пульсации выходного напряжения, минимальные электромагнитные наводки, возможность плавного подъема и снижения напряжения.
Детекторам с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) необходимо обеспечивать высокую стабильность выходного напряжения (0,01%/°С) и КПД источника.
Высокая эффективность источников HV разработки ЛЯР и их технические характеристики обеспечиваются выбранной структурой — их спроектировали по типу DC-DC-преобразователей. Они включают силовой узел, формирующий высокое напряжение, а также фильтр для сглаживания пульсаций и шумов, систему управления, использующую обычно контроллер ШИМ.
Так как трансформатор работает при более низком выходном напряжении, небольшой коэффициент трансформации обеспечивает намного меньшую общую емкость и индуктивность рассеяния трансформатора при гораздо большей рабочей частоте и при тех же потерях в преобразовании.
Таким образом, высокие технические характеристики устройства обеспечиваются при одновременном снижении размеров магнитопровода и фильтра.
Прецизионные высоковольтные источники питания для ФЭУ и полупроводниковых детекторов ядерного излучения были разработаны на базе доступных и недорогих электронных компонентов. Так, разработчики использовали готовый трансформатор промышленной сборки POL-12012, что обеспечивало точный расчет и качество изготовления трансформатора.
Обратноходовой DC-DC-преобразователь, использованный в схеме источников питания, имеет рабочую частоту в пределах 80–150 кГц. Напряжение на выходе источника — до 2500 В, имеет низкие пульсации, незначительный шум и высокий КПД — до 77%.
Такие блоки высокого напряжения, как сообщили разработчики, уже успешно применяются в спектрометрах ВУК (работают по методу возмущенных угловых корреляций), для детектирующей системы фрагмент-сепаратора КОМБАС (комплекс быстродействующего анализатора-спектрометра), разработанного в ЛЯР ОИЯИ, а также в установках для обнаружения опасных взрывчатых веществ на основе метода меченых нейтронов.
Статья о проделанной учеными работе будет опубликована в журнале «Приборы и техника эксперимента».
