แอมพลิฟายเออร์โซลิดสเตตเพิ่มพลังให้กับสิ่งอำนวยความสะดวกไอโซโทปที่หายาก

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2565 สิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับลำแสงไอโซโทปหายาก (FRIB) ที่รอคอยมานาน ได้เปิดประตูต้อนรับนักวิทยาศาสตร์ที่กระตือรือร้นที่จะทดลองนิวเคลียสอะตอมแปลกใหม่ที่ในหลายกรณีไม่เคยมีมาก่อนบนโลก FRIB ซึ่งสร้างขึ้นในช่วงแปดปีที่ผ่านมาที่ Michigan State University ในสหรัฐอเมริกา คาดว่าจะให้แสงสว่างใหม่เกี่ยวกับคำถามพื้นฐานในฟิสิกส์นิวเคลียร์ รวมถึงองค์ประกอบส่วนใหญ่ในจักรวาลถูกสร้างขึ้นอย่างไรในการระเบิดของดวงดาวและ

การระเบิดของซุปเปอร์โนวา ในขณะเดียวกันก็เปิดใช้งาน 

นวัตกรรมที่สำคัญในสาขาต่างๆ เช่น การแพทย์ การค้นพบวัสดุ และวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม

ทั้งหมดนี้จะทำให้เป็นไปได้ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคไอออนหนักที่ทรงพลังที่สุดในโลก ซึ่งสามารถขับเคลื่อนนิวเคลียสของอะตอมของธาตุที่เสถียรใดๆ ให้มีความเร็วเป็นครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง โดยการชนไอออนที่มีพลังงานสูงถึง 200 MeV กับเป้าหมาย FRIB สัญญาว่าจะผลิตไอโซโทปหายากในอัตราลำดับความสำคัญที่สูงกว่าที่เป็นไปได้ในโรงงานอื่นที่คล้ายคลึงกัน ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าถึงไอโซโทปที่ยังไม่ได้รับการสังเคราะห์ หรือตรวจพบที่นี่บนโลก

พลังการเร่งความเร็วของอาคารนี้ทำได้ด้วยช่องความถี่วิทยุที่มีตัวนำยิ่งยวด 324 ช่องกระจายอยู่รอบๆ โครงสร้างเชิงเส้น 500 ม. ภายในตัวสะท้อนเสียงเหล่านี้ สัญญาณ RF ระดับต่ำจะถูกกระตุ้นโดยชุดเครื่องขยายกำลังจากความแรงของสัญญาณเพียงไม่กี่มิลลิวัตต์จนถึงความเข้มของลำแสงสูงสุดที่ 400 กิโลวัตต์ ซึ่งมากกว่าตัวเร่งความเร็วที่ FRIB ออกแบบมาเพื่อแทนที่ประมาณ 1,000 เท่าห้องปฏิบัติการไซโคลตรอนตัวนำยิ่งยวดแห่งชาติ

FRIB ไม่เหมือนกับรุ่นก่อนและสิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่อื่น ๆ ส่วนใหญ่ที่มีอยู่ FRIB ใช้ประโยชน์จากแอมพลิฟายเออร์โซลิดสเตตเพื่อเร่งลำแสง Marcus Lau จาก TRUMPF Hüttingerผู้เชี่ยวชาญด้านเพาเวอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบและผลิตเพาเวอร์แอมป์สำหรับ FRIB กล่าวว่า “ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการปรับปรุงครั้งใหญ่ในเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์ ซึ่งหมายความว่าชิปแต่ละตัวสามารถจ่ายพลังงานได้มากขึ้น” “ที่ความถี่ประมาณ 80 MHz ไปจนถึงความถี่ที่ใกล้

ถึงระดับกิกะเฮิรตซ์ ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวจะได้รับมากกว่า 1 กิโลวัตต์”

การปรับปรุงกำลังขับดังกล่าวทำให้ระบบโซลิดสเตตเป็นทางเลือกที่ใช้งานได้แทนเทคโนโลยีท่อสุญญากาศแบบดั้งเดิม เช่น klystron, ท่อส่งออกแบบแอคทีฟ และเทโตรด อุปกรณ์ที่สร้างขึ้นเหล่านี้สามารถสร้างพลังงานได้ไม่กี่เมกะวัตต์จากหลอดเดียว แต่ความน่าเชื่อถืออาจเป็นปัญหาได้: ประสิทธิภาพของอุปกรณ์จะค่อยๆ ลดลงตั้งแต่เปิดสวิตช์ ซึ่งลดปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่จะแปลงเป็นสัญญาณไมโครเวฟ พวกเขายังแนะนำจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียวที่คาดเดาไม่ได้เข้ามาในระบบ บางครั้งก็บังคับให้สิ่งอำนวยความสะดวกต้องปิดตัวลงเพื่อซ่อมแซมในช่วงเวลาที่จัดสรรให้กับการทดลองทางวิทยาศาสตร์ “ทั้งซัพพลายเออร์ด้านเทคโนโลยีและผู้ใช้กำลังเลิกใช้เทคโนโลยีท่อ” Lau กล่าว “ทั้งการลงทุนเริ่มต้นและต้นทุนการดำเนินงานเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ klystron

ในทางตรงกันข้าม พลังงานที่ส่งมาจากแอมพลิฟายเออร์โซลิดสเตตจะคงที่ตลอดอายุการใช้งาน ความพร้อมใช้งานของตัวเร่งความเร็วสำหรับการทดลองทางวิทยาศาสตร์สามารถขยายได้สูงสุดโดยการสร้างความซ้ำซ้อนในการออกแบบ โดย TRUMPF Hüttinger ใช้ประโยชน์จากสถาปัตยกรรมโมดูลาร์เต็มรูปแบบที่รวมโมดูลทรานซิสเตอร์หลายตัวเข้ากับยูนิตขยายกำลังไฟฟ้าที่ติดตั้งบนแร็ค “เราไม่ได้ใช้งานหน่วยที่ 100% ของความสามารถของพวกเขา หากทรานซิสเตอร์ตัวหนึ่งทำงานล้มเหลว เราสามารถชดเชยด้วยแอมพลิฟายเออร์อื่นๆ ในระบบในขณะที่คันเร่งยังทำงานอยู่” เลาอธิบาย “เราทราบเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลวของอุปกรณ์ ดังนั้นเราจึงสามารถคำนวณความซ้ำซ้อนที่ควรสร้างไว้ในระบบเพื่อให้เครื่องขยายสัญญาณเสียงทำงานได้ตลอดการทดลอง”

ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด สามารถเปลี่ยนเพาเวอร์แอมป์ทั้งชุดได้ในขณะที่โรงงานยังทำงานอยู่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า “การสลับด่วน” โมดูลทรานซิสเตอร์หรือ “พาเลท” แต่ละตัวยังได้รับการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องระหว่างการทำงานเพื่อให้สามารถบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ได้ “การดูสถานะของพาเลทต่างๆ เป็นข้อได้เปรียบจริงๆ” เลาแสดงความคิดเห็น “ถ้าเราเห็นการเบี่ยงเบนใดๆ เช่น ในการปล่อยพลังงาน เราสามารถเลือกที่จะเปลี่ยนยูนิตเครื่องขยายเสียงในช่วงเวลาที่เครื่องหยุดทำงานตามกำหนด แทนที่จะปล่อยให้เครื่องทำงานล้มเหลวในช่วงการทำงานถัดไป”

แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง