Генератор Кокрофта — Уолтона

Генератор Кокрофта — Уолтона

умножитель напряжения Кокрофта-Уолсона использовался в первых ускорителях элементарных частиц, которые использовались при разработке атомной бомбы. Данный умножитель, построенный в 1937 году компанией Philips, в настоящее время расположен в Национальном музее науки в Лондоне (Великобритания).

Генератор Кокрофта-Уолтона, или умножитель, был назван в честь двух физиков, которые построили первый генератор в 1932 году и использовали его в системе подачи энергии в свой ускоритель частиц, предназначенный для проведения первого в мире эксперимента по искусственному расщеплению атомных ядер (практически одновременно такой же эксперимент впервые в СССР был проведен в УФТИ ). Джон Кокрофт и Эрнст Уолтон использовали этот каскадный умножитель напряжения в исследованиях, за которые получили Нобелевскую премию по физике 1951 года с формулировкой: за «Трансмутацию атомных ядер с помощью искусственно ускоренных атомных частиц». Менее известно, что принципиальная схема умножителя данного типа была разработана в 1919 году, швейцарским физиком Генрихом Грейнахером. По этой причине каскадный удвоитель данного типа иногда называют умножителем Грейнахера.

Устройство

Простой умножитель Кокрофта-Уолтона из двух секций

Двухполупериодный умножитель Кокрофта-Уолтона

Генератор Кокрофта-Уолтона — умножитель напряжения, преобразующий переменное или пульсирующее постоянное напряжение в высокое постоянное напряжение. Генератор строится из лестницы конденсаторов и диодов. В отличие от трансформатора такой метод не требует тяжёлого сердечника и серьёзной изоляции, так как напряжения на всех ступенях равны. Используя только конденсаторы и диоды генераторы такого типа могут преобразовывать относительно низкое напряжение в очень высокое, при этом оказываясь много легче и дешевле по сравнению с трансформаторами. Ещё одним преимуществом является возможность снять напряжение с любой ступени схемы, так же как в многоотводном трансформаторе.

Несмотря на свои теоретические недостатки и ограничения, умножитель напряжения стал такой же классикой в электронной схемотехнике для получения высокого постоянного напряжения как и двухполупериодный выпрямитель (диодный мост) для получения постоянного тока из переменного. На схемах электрических принципиальных его даже не рисуют подробно, а изображают в виде специального значка. Промышленность выпускает очень широкий ассортимент модульных «умножителей напряжения» с заранее заданными параметрами. Однако в советской (российской) технической литературе вы почти никогда не найдете упоминание имен изобретателей этого малогабаритного, простого и надежного устройства, без которого не обходятся большинство устройств с ЭЛТ, появившихся до изобретения ТДКС: монитор, телевизор, экран радара или осциллографа.

Технические характеристики

На практике умножитель Кокрофта-Уолтона имеет ряд недостатков. Если в умножитель добавляется слишком много секций, напряжение в последних секциях будет ниже ожидаемого, в основном из-за ненулевого импеданса конденсаторов в нижних секциях. Практически невозможно питание умножителя непосредственно напряжением промышленной частоты, так как в этом случае требуются конденсаторы большой ёмкости, что сильно ухудшает массо-габаритные показатели устройства. Пульсации выпрямленного тока также усиливаются, что в некоторых случаях неприемлемо. Обычно на вход напряжение подаётся с выхода высокочастотного трансформатора, и повышается до нужной величины в генераторе Кокрофта-Уолтона.

Существуют умножители Кокрофта-Уолтона на напряжения от нескольких вольт до нескольких мегавольт.

Использование

Генераторы Кокрофта-Уолтона применяются во многих областях техники, в частности, в лазерных системах, в источниках высокого напряжения, в системах рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических экранов, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо одновременно высокое напряжение и постоянный ток.

См. также

• Генератор Маркса
• Генератор Ван де Граафа
• Генератор Фитча-Говела

Внешние ссылки

• Cockcroft, J.D. and Walton, E.T.S. (1932). Proc. R. Soc. London A137:229.
• Cockcroft Walton multipliers — Blaze Labs Research
• Cockcroft Walton
• Cockcroft Walton used in particle accelerators
• US Department of Energy