TTÜ Elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi teadlased ehitasid unikaalse kõrgepinge impulsstoiteallika

8-03-2018

Euroopa Neutronkiirguse Allikas (European Spallation Source – ESS) on multidistsiplinaarne uurimisrajatis, mis põhineb maailma kõige võimsamal impulss neutronite allikal. Rajatav lineaarsest prootonite kiirendi on ehitamisel Lundi, Rootsis. ESSi andmete haldamise ja tarkvara keskus (DMSC) aga omakorda Taani Kopenhaagenisse. ESSi ehitamisel ja toimimisel on partneriks vähemalt 17 Euroopa riiki, seal hulgas ka Eesti. Eesmärgiks on esimesed neutronid lennutada kiirendisse 2019. aastal, sealjuures kiirendi päriskasutus on kavandatud 2023. aastaks ja kogu rajatise rajamine lõpule viia 2025. aastaks.

Joonis 1. ESSi prootonkiirendi maapealne osa

Neutronkiirguse allikas on oluliselt keerulisem ja kallim kui elektronkiirendi. Kui elektronkiirendeid on praegu maailmas 70 tükki, siis neutronkiirguse allikaid ainult 5. Lundi ESS tuleb kõige kaasaegsem ja võimsam. Lundi ESS töötab ja valgustab materjali läbi 3,5 ms. Seejärel tuleb paus 67,5 ms, mille kestel mõõtejaamad läbivalgustamisel saadud pilte ümber töötlevad ja edasi saadavad. Osakeste kiirendamiseks vajalik energia võetakse 50Hz vahelduvvoolu võrgust. Elektrivõrgust võetakse energiat ühtlaselt ja pausi ajal salvestatakse energia võrgupinge alaldite kondensaatoritesse

Prootonkiirendi toiteks on vaja impulsstoiteallikaid, pulsisagedusega 15 kHz ja pingele 40…60 kV ja. Nii kõrgel pingel ei ole mõistlik impulsse formeerida otse transistoride abil. Parem lahendus on kõrgepinge impulsstrafo kasutamine. Lisaks peaksid need trafod olema kuivtrafo, sest õlitrafodes olev õli on tuleohtlik. Kiirendi läheduses ei tohiks olla kõrgendatud ohu allikaid.

Telefoniga tehtud videoklipp esimesest katsetusest:

Nii spetsiifilistele omadustele vastavad toiteallikat ei olnud maailmas olemas. Keeruka ja suure väljakutsega teadusarendustöö prototüübi ehitasid TTÜ teadlased Dimitri Vinnikov (projekti üldjuht), Tanel Jalakas (operatiivjuhtimine, aruandlus, laborikatsed), Kuno Janson (teooria, arvutused ja laborikatsed) ja Heigo Mõlder (protsesside modelleerimine, elektromagnetväljade arvutamine). Toiteallika katsestend koostati Eesti ettevõttes Energiatehnika OÜ ning induktiivkomponendid valmistati Vändras MS Balti Trafo OÜ-s.