Ток под цифровым контролем: томские ученые создали источник питания для «Силы»
Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) разработали один из ключевых компонентов системы управления мегасайенс-проекта синхротронного комплекса «Сила». Это очередной шаг в реализации масштабного плана, который позволит проводить глубокие исследования материалов, биологических объектов и лекарств.
Программно-управляемый источник тока FC (Fast Corrector) предназначен для того, чтобы задавать силу и скорость изменения поля быстрых корректирующих магнитов синхротрона «Сила». Новая разработка может регулировать ток в диапазоне от −5 до +5 А при выходном напряжении до ±40 В и обеспечивает точность до 200 ppm (миллионных долей). Такие параметры дают возможность быстрее менять ток в индуктивной обмотке магнита и обеспечивают критически важные параметры при динамической стабилизации пучка.
Новый источник тока – это не массовый продукт. FC – специализированная высокотехнологичная электроника, которая сочетает в себе силовую часть, цифровое управление, высокоскоростные интерфейсы и высокоточные измерения.
В рамках реализации проекта «Сила» томские ученые ведут работу и над источниками тока для других компонентов синхротрона. Особенность «Силы» в том, что он объединяет два мощных инструмента изучения вещества: источник синхротронного излучения IV поколения и рентгеновский лазер на свободных электронах. Комплекс позволит создавать для изучаемых образцов экстремальные условия, что особенно важно при проведении материаловедческих исследований. Результаты работы «Силы» будут использованы для создания новых материалов, использующихся в химии, биотехнологиях, фармацевтике, медицине, электронике и энергетике.
От опытного образца к серии
С учетом того, что сейчас создается опытный образец источника питания для магнита-корректора, перед разработчиками стоит задача провести в ближайшем будущем его комплексные испытания. Инженерам необходимо подтвердить заявленную точность, быстродействие, помехоустойчивость, стабильность работы под нагрузкой. После этого можно будет перейти к стадии производства и заявить о создании полноценной российской линейки программно-управляемых источников питания для ускорительных комплексов.
Речь идет о производстве устройств не только для «Силы», но и для модернизации других научных установок, где необходимо точное управление магнитными полями. Потенциально российская разработка может заинтересовать и зарубежные научные центры с условием того, что она докажет свою эффективность и надежность после запуска синхротрона, который запланирован на 2033 год.
Шаги к научно-исследовательской независимости
До 2022 года российские исследовательские комплексы широко использовали импортную номенклатуру комплектующих. Однако в последние годы ученые столкнулись с ограничениями поставок. Так, при строительстве синхротрона «СКИФ» в Новосибирской области предполагалось использовать прецизионные источники питания датской компании Danfysik. Когда выяснилось, что датчане отказались от контракта, в 2023 году специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН создали собственный серийный источник питания для дипольных магнитов бустера синхротрона. Всего для ввода в строй «СКИФа» необходимо три таких устройства.
Таким образом, российские научные организации доказали, что они способны разрабатывать и производить критически важные компоненты для таких сложных устройств, как синхротроны, при этом не уступающие по характеристикам продукции ведущих мировых производителей. Разработка ТПУ показала, что это не единичный случай, и российская научно-инженерная школа может создавать научное оборудование нового поколения.
Источник «Силы» для научного будущего
Работа, которая сейчас идет в ТПУ, важна не для повседневных ИТ-сервисов, а для будущего развития российской научной электроники и полной независимости от иностранных поставщиков критически важных компонентов. Источник тока FC – это еще один важный элемент, который позволит продолжить создание «Силы» и обеспечить проведение целого комплекса научных экспериментов. А они, в свою очередь, лягут в основу разработки новых материалов, востребованных в самых разных сферах.
