Развитие техники импульсных систем питания электрофизических установок и ускорителей в НИИ ЯФ
Развитие импульсных систем питания в Томском политехническом институте началось в связи с разработкой бетатронов. Первые работы в этом направлении были выполнены Ананьевым Л.М., Разиным В.М., Чучалиным И.П. (1953-1955 гг.).
В 1958 году во исполнении Постановления Совета Министров СССР от 27 августа 1957 при Томском политехническом институте был создан Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики - НИИ ЯФ ЭА (с 1975г. - НИИ ядерной физики при ТПИ). Институт образован на базе нескольких научных подразделений, в том числе сектора разработки электрорадиосхем - сектор РЭРС (ныне лаборатория 53). Основной научный коллектив формировался из выпускников кафедр ФТФ и электрических машин ФАЭМ Томского политехнического института выпуска 1956 - 1958 годов. В это время для разработки импульсных бетатронов и для научного обоснования проекта синхротрона "Сириус" Сипайловым Г.А. и Чучалиным И.П. привлекаются выпускники ТПИ (Ивашин В.В., Кочегуров В.А., Кузнецов В.М. и др.), основной задачей которых была разработка электромагнита и системы его питания. Параллельно этим работам под научным руководством Солнцева Б.А. (руководителя лаборатории в 1960 - 1963 годах) велись работы по разработке ВЧ системы синхротрона.
В связи с отсутствием коммутирующих приборов требуемой мощности первоочередной задачей являлось обеспечение параллельной работы наиболее мощных в то время ионных приборов - ртутных тиратронов. Решение этой задачи было выполнено путем применения анодных делителей тока (Кочегуров В.А., Чучалин И.П., 1956 - 1958 гг.). В 1958 - 1960 годах научная деятельность лаборатории была направлена на разработку принципиальных схем питания синхротрона и их практическую реализацию, которая была произведена группой Кузнецова В.М.
В то же время большой цикл работ был выполнен по исследованию бетатронного захвата электронного пучка в синхротрон, в связи с чем сооружался радиочастотный фазотрон (установка РФ).
Существенным моментом в развитии техники импульсных систем питания была разработка схемы, получившей название "ионный переключатель" (Кочегуров В.А., Кузнецов В.М., Чучалин И.П.,1961 г.), в которой было применено оригинальное коммутирующее устройство, позволяющее получать последовательность однополярных импульсов тока в электромагните за каждый полупериод собственных колебаний контура. Использование этой схемы позволило в 1965 году повысить в два раза число циклов синхротрона "Сириус".
По мере завершения работ по созданию синхротрона "Сириус" и установки РФ создаются новые подразделения, а оставшиеся сотрудники лаборатории РЭРС продолжают работы по разработке новых перспективных систем питания различных вариантов (электромашинный, с подмагничиванием постоянным током, конденсаторный). По инициативе Сипайлова Г.А. аспирант Ивашин В.В. (в последствии зав.лаб.с 1963 по 1972 гг.) начинает работы по системам вентильно-механической коммутации тока ударных генераторов. Разрабатывается ряд мощных систем, в том числе и коммутирующее устройство "ТОКАМАКА Т-3" для Института Атомной Энергии имени И.В.Курчатова. В 1966 году закончена разработка научных основ систем питания электромагнитов с подмагничиванием постоянным током.
Переломным моментом в развитии импульсных систем питания является 1963 год. В НИИ ГПЭ поступила первая заявка на изобретение "Генератор импульсов тока для питания обмоток возбуждения циклических ускорителей", (Ивашин В.В., Сипайлов Г.А.), в которой емкостной накопитель при формировании импульсов тока в индуктивной нагрузке работал в однополярном по напряжению режиме. Реализация идеи однополярного питания позволила снять проблемы надежности емкостного накопителя "Сириус", а с появлением силовых полупроводниковых вентилей эффективно решить вопросы импульсного питания бетатронов Томского политехнического института, как малогабаритных, так и сильноточных. В ходе исследования систем вентильно-механической коммутации тока в лаборатории были развиты два перспективных направления:
- безискровая вентильно-механическая коммутация коллекторных машин постоянного тока;
- электродинамические приводы электропроводящих масс, которые впоследствии позволили разработать импульсные линейные двигатели.
Не прерывая дальнейшего развития научных основ импульсных систем питания индуктивных нагрузок, в 1976-1979 годах начаты работы по исследованию новых направлений в импульсной и ускорительной технике. В частности, проведены исследования униполярных электрических машин с плазменным ротором, показана принципиальная возможность создания на их основе рабочей среды плазменных (1978 г.) и газоразрядных (1980 г.) лазеров, и получено когерентное излучение с высокими удельными характеристиками. В это же время начата разработка основ конструирования линейных индукционных ускорителей (Фурман Э.Г., Васильев В.В., Канаев Г.Г.) и создание для них новой элементной базы, включающей:
- модульную компоновочную схему ускорителя, где в одном блоке объединены все энергетические узлы ускорителя;
- многоканальные разрядники с принудительным делением тока между каналами и гарантированной зоной многоканального срабатывания;
- низкоимпендансные полосковые формирующие линии, в которых снижено отрицательное влияние краевого эффекта на тонких электродах;
- управляемые катодные узлы с эмиссионной поверхностью на основе диэлектрических поверхностей с высоким значением диэлектрической проницаемости.
Первые экспериментальные работы на линейном индукционном ускорителе (ЛИУ) выполнены в 1981-1982 годах. Они связаны с выявлением причин, ограничивающих предельный ускоряемый ток в ЛИУ и исследованием лазера на свободных электронах, возбуждаемого пучком ЛИУ. Первые два ускорителя, изготовленные в лаборатории, поставлены заказчикам в 1986 году.
