Каскадный генератор. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Каскадный генератор (КГ) - устройство для преобразования низкого перем. напряжения в высокое постоянное. Низкое напряжение выпрямляется в отд. каскадах, а затем полученные пост. напряжения включаются последовательно и суммируются. Связь каскадов с источником питания осуществляется через ёмкостные реактивные сопротивления или посредством взаимоиндукции.

Рис. 1. Схема каскадного генератора с последовательным (а) и параллельным (б) питанием: Хn - реактивные сопротивления, u_n - напряжения каскадов (n=1, 2, . . ., N), U_н - напряжение на выходе генератора, u_вх - напряжение источника питания.

При последоват. питании (рис. 1, а) перем. ток от источника питания к последующим каскадам протекает через сопротивления связи X_i предыдущих каскадов. Для генераторов этого типа характерны нелинейный рост внутр. сопротивления при увеличении числа каскадов N, а также зависимость распределения напряжения по каскадам от сопротивления нагрузки. Наиболее известны ёмкостный КГ Кокрофта - Уолтона (1932; рис. 2, а) и симметричный ёмкостный КГ Хейлперна (1955; рис. 2, б), являющиеся развитием схемы, предложенной Г. Грейнахером (Н. Greinaher) в 1920. Для них падение напряжения под нагрузкой пропорционально N³.

Рис. 2. Схема каскадного генератора Кокрофта - Уолтона (а) и Хейлперна (б).

У генераторов с параллельным питанием каскадов (рис. 1, б)падение напряжения пропорц. N, а распределение напряжений по каскадам не зависит от сопротивления нагрузки. Однако в этом случае сопротивления связи должны быть рассчитаны на полное напряжение КГ. Схема КГ с ёмкостной связью и параллельным питанием (рис. 3) предложена М. Шенкелем (М. Schenkel) в 1919. Она используется в разработанных в 60-х гг. К. Моргенштерном (К. Morgenstern) и М. Клиландом (М. Cleland) генераторах, получивших назв. динамитрон. В динамитроне энергия в каскады передаётся через распределённые ёмкости между двумя возбуждающими электродами и т. н. градиентными полукольцами, установленными в каждом каскаде и образующими высоковольтную колонку КГ. В 60-70-х гг. получили распространение КГ с индуктивной связью и параллельным питанием каскадов.

Рис. 4. Схема каскадного генератора с индуктивной связью каскадов и параллельным питанием.

Они представляют собой систему высоковольтных обмоток, индуктивно связанных с общей первичной обмоткой при помощи замкнутого, секционированного или разомкнутого магнитопровода. К обмоткам подключены схемы выпрямления, соединённые последовательно (рис. 4). Существуют однофазные и трёхфазные КГ с индуктивной связью; последние могут питаться непосредственно от пром. сети. При заданной нагрузке напряжение U_н на выходе КГ изменяется пропорц. напряжению источника питания, u_вх, а при увеличении сопротивления нагрузки.

Рис. 5. Зависимость напряжения на выходе каскадного генератора от напряжения источника питания (1) и сопротивления нагрузки (2).

R_н стремится к нек-рой пост. величине U_нхх - напряжению холостого хода (рис. 5). Кпд каскадных генераторов обычно составляет 70-80%, а у мощных генераторов с кремниевыми вентилями может превышать 90%. Макс, достигнутое напряжение ёмкостных КГ ок. 5 MB при мощности 200 кВт, а КГ с индуктивной связью - 3 MB при мощности 100 кВт. Традиц. область применения КГ - электрофиз. аппаратура, и в первую очередь высоковольтные ускорители большой мощности. Они используются также в электротехнике, рентг. аппаратуре, электронной микроскопии и др. устройствах, где требуются компактные источники высокого пост. напряжения с высокой стабильностью, большой мощностью и высоким КПД.

Литература по каскадным генераторам

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.