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».