Пеллетрон

Пеллетрон SIRIUS на 2,5 МэВ, 200 мкА (Политехническая школа, Париж)

Пеллетро́н (от англ. pellet — гранула) — электростатический генератор высокого напряжения для питания ускорителей, аналогичный по принципу действия машине Ван де Граафа. Принципиальное различие в том, что электрический заряд переносится не диэлектрической лентой-транспортёром, а цепью, состоящей из электропроводящих звеньев (пеллетов), изолированных друг от друга^[1], благодаря чему генератор обладает бо́льшей устойчивостью прироста напряжения и бо́льшим током (от 0,1 до 0,5 мА). Для увеличения тока возможно параллельное включение машин.

Принцип действия

Схема генератора

Устройство можно представить как систему конденсаторов с одной неподвижной обкладкой конденсатора (индуктор) и множества подвижных обкладок (пеллеты). При движении ленты подвижные обкладки получают заряд от источника постоянного напряжения U_excit, отсоединяются от подзаряжающего валика и едут наверх. Ёмкость, максимальная во время заряда обкладки, из-за отдаления от второй обкладки уменьшается до значения C_min в верхней токосъёмной цепи, а напряжение растёт по закону U = U_excit · C_max/C_min. При достижении верхней токосъёмной щётки заряд переходит на обкладку накопительного конденсатора. Эта обкладка делается сферической формы, что способствует уходу заряда с токосъёмной щётки, так как заряд всегда распределяется по поверхности проводящей сферы. Прирост напряжения также ограничивается током утечки коронного разряда. Высоковольтная энергия складывается из энергии возбуждения и механической работы, причём бо́льшая часть полученной энергии обусловлена механическим переносом заряда от индуктора к накопительному конденсатору.

По конструкции электростатические генераторы отличаются формой привода подвижных обкладок, переносящих заряд. Наибольшее распространение получили ленточные и дисковые варианты. Так как прирост напряжения зависит от изменения ёмкости, то в дисковых можно легче достичь её большей разницы за счёт малых зазоров и биений, также можно увеличить скорость переноса зарядов и использовать сравнительно низковольтное возбуждение; также можно соединить несколько машин последовательно, установив несколько дисков на одном валу.

Пеллетрон часто размещают в герметичном сосуде, заполненном изолирующим газом — например, элегазом (SF₆, гексафторид серы).

Характерные электрические напряжения на высоковольтном терминале пеллетрона составляют несколько мегавольт; максимальное полученное напряжение достигает 25 МВ (Национальная лаборатория Ок-Ридж, США)^[2], и это самый высоковольтный в мире ускоритель. В настоящее время пеллетроны довольно широко применяются для ускорения различных типов частиц (например, позитронов, электронов, ионов) в таких установках, как ускорительные масс-спектрометры^[3] (например, для прецизионного радиоуглеродного анализа), инжекторы ионов и т. п.^[4]

Примечания

1. The Pelletron Accelerator Архивная копия от 24 ноября 2014 на Wayback Machine, R. G. Herb, Proc. PAC’1971.
2. The Tandem Electrostatic Accelerator. Архивировано 9 июля 2007 года.
3. [https://web.archive.org/web/20141121122023/http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/IPAC10/papers/mopea064.pdf Архивная копия от 21 ноября 2014 на Wayback Machine Архивная копия от 21 ноября 2014 на Wayback Machine Архивная копия от 21 ноября 2014 на Wayback Machine Accelerator Mass Spectrometry at the Tsukuba 12 MV Pelletron Tandem Accelerator] Архивная копия от 21 ноября 2014 на Wayback Machine, Proc. IPAC’2010, Kyoto.
4. Pelletrons 2002—2004 Архивная копия от 13 июня 2010 на Wayback Machine, ppt-presentation by NEC.

Ссылки

• Pelletron.com Архивная копия от 11 января 2016 на Wayback Machine — National Electrostatics Corporation