कॉकरॉफ्ट-वाल्टन जनित्र

परमाणु बम के विकास के दौरान इस कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन कण त्वरक का उपयोग किया गया था। आइंडहोवन के फिलिप्स द्वारा 1937 में निर्मित यह अब राष्ट्रीय विज्ञान संग्रहालय लंदन, इंग्लैंड में है।

750 केवी कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन त्वरक जापानी केईके त्वरक, त्सुकुबा, जापान के प्रारंभिक कण इंजेक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। सीडब्ल्यू जनरेटर दाईं ओर है, कण स्रोत बाईं ओर है।

कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन (सीडब्ल्यू) जनित्र, या गुणक प्रवर्धक, एक विद्युत परिपथ है जो कम वोल्टेज प्रत्यावर्ती धारा या स्पंदन डीसी इनपुट से उच्च प्रत्यक्ष धारा वोल्टेज उत्पन्न करता है। इसका नाम ब्रिटिश और आयरिश भौतिकविदों जॉन डगलस कॉकक्रॉफ्ट और अर्नेस्ट वाल्टन के नाम पर रखा गया था, जिन्होंने 1932 में इस परिपथ डिजाइन का उपयोग अपने कण त्वरक को शक्ति देने के लिए किया था, जिसने इतिहास में पहला कृत्रिम परमाणु विघटन किया। उन्होंने अपने अधिकांश शोधों के लिए इस वोल्टेज गुणक प्रवर्धक सोपानी का उपयोग किया, जिसने 1951 में उन्हें कृत्रिम रूप से त्वरित परमाणु कणों द्वारा परमाणु रूपांतरण के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता। परिपथ की खोज 1919 में स्विट्जर्लैंड़ भौतिक विज्ञानी हेनरिक ग्रीनाचर ने की थी। इस कारण से, इस द्विगुणक सोपानी को कभी-कभी ग्रीनाचर गुणक प्रवर्धक भी कहा जाता है। कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन परिपथ अभी भी कण त्वरक में उपयोग किए जाते हैं। उनका उपयोग प्रतिदिन के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में भी किया जाता है, जिनमें उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है, जैसे एक्स - रे मशीन, माइक्रोवेव ओवन और फोटोकॉपीयर।

संचालन

एक दो-चरण कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन गुणक प्रवर्धक

एक तीन-चरण पूर्ण-तरंग सीडब्ल्यू गुणक प्रवर्धक

सीडब्ल्यू जनित्र एक वोल्टेज गुणक प्रवर्धक है जो एसी या स्पंदन डीसी विद्युत शक्ति को निम्न वोल्टेज स्तर से उच्च डीसी वोल्टेज स्तर में परिवर्तित करता है। यह उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए संधारित्र और डायोड के वोल्टेज गुणक प्रवर्धक सीढ़ी नेटवर्क से बना है। परिणामित्र के विपरीत, यह विधि भारी कोर और आवश्यक विद्युत्‍रोधन / पात्र के थोक के लिए आवश्यकता को समाप्त करती है। केवल संधारित्र और डायोड का उपयोग करके, ये वोल्टेज गुणक प्रवर्धक अपेक्षाकृत कम वोल्टेज को अत्यधिक उच्च मूल्यों तक बढ़ा सकते हैं, जबकि एक ही समय में परिणामित्र की तुलना में बहुत हल्का और सस्ता होता है। इस तरह के परिपथ का सबसे बड़ा फायदा यह है कि सोपानी के प्रत्येक चरण में वोल्टेज अर्ध -तरंग दिष्टकारी में शीर्ष इनपुट वोल्टेज के दोगुने के बराबर होता है। एक पूर्ण तरंग दिष्टकारी में यह इनपुट वोल्टेज का तीन गुना होता है। इसमें अपेक्षाकृत कम लागत वाले घटकों की आवश्यकता होती है और रोधित करना आसान होता है। कोई भी किसी भी चरण से आउटपुट को टैप कर सकता है, जैसे मल्टीटैप्ड परिणामित्र में।

परिपथ संचालन को समझने के लिए, दो-चरण संस्करण के आरेख को दाईं ओर देखें। मान लें कि परिपथ एक प्रत्यावर्ती वोल्टेज Vp के शिखर मान के साथ एक प्रत्यावर्ती वोल्टेज Vi द्वारा संचालित होता है, और प्रारंभ में संधारित्र अपरिवर्तित होते हैं। इनपुट वोल्टेज चालू होने के बाद

• जब इनपुट वोल्टेज Vi अपने नकारात्मक शिखर -Vp तक पहुँचता है, तो डायोड D1 के माध्यम से धारा प्रवाहित होकर संधारित्र C1 को Vp के वोल्टेज पर आवेशित करता है।
• जब Vi ध्रुवीयता को विपरीत कर देता है और अपने सकारात्मक शिखर +Vpतक पहुंचता है, तो यह संधारित्र के वोल्टेज को C1s राइटहैंड प्लेट पर 2Vp के वोल्टेज का उत्पादन करने के लिए जोड़ता है। चूँकि D1 विपरीत अभिनत है, डायोड D2 के माध्यम से C1 से धारा प्रवाहित होता है, संधारित्र C2 को 2Vp के वोल्टेज पर आवेशित करता है।
• जब Vi फिर से ध्रुवीयता को विपरीत कर देता है, तो C2 से धारा डायोड D3 के माध्यम से प्रवाहित होता है, संधारित्र C3 को भी 2Vp के वोल्टेज पर आवेशित करता है।
• जब Vi फिर से ध्रुवीयता को विपरीत कर देता है, तो C3 से धारा डायोड D4 के माध्यम से प्रवाहित होता है, संधारित्र C4 को भी 2Vp के वोल्टेज पर आवेशित करता है।

इनपुट ध्रुवीयता में प्रत्येक परिवर्तन के साथ, डायोड के माध्यम से संधारित्र के स्टैक में धारा प्रवाहित होता है, जब तक कि वे सभी आवेश नहीं हो जातेC1 को छोड़कर सभी संधारित्र को 2Vp के वोल्टेज पर चार्ज किया जाता है। वोल्टेज गुणन की कुंजी यह है कि जबकि संधारित्र को समानांतर में आवेश किया जाता है, वे श्रृंखला में लोड से जुड़े होते हैं। चूंकि C2 और C4 आउटपुट और ग्राउंड के बीच श्रृंखला में हैं, कुल आउटपुट वोल्टेज (नो-लोड स्थितियों के तहत) Vo = 4Vp है।

इस परिपथ को कई चरणों तक बढ़ाया जा सकता है। नो-लोड आउटपुट वोल्टेज शीर्ष इनपुट वोल्टेज का दोगुना होता है जिसे चरणों की संख्या n से गुणा किया जाता है या समकक्ष रूप से शिखर से शिखर तक इनपुट वोल्टेज स्विंग (V)_pp) चरणों की संख्या का गुणा है।

$V_{o}=2NV_{p}=NV_{\text{pp}},$

चरणों की संख्या आउटपुट और जमीन के बीच श्रृंखला में संधारित्र की संख्या के बराबर होती है।

परिपथ को देखने का एक तरीका यह है कि यह एक आवेश पंप के रूप में कार्य करता है, एक दिशा में विद्युत आवेश पंप करता है, संधारित्र के स्टैक तक। सीडब्ल्यू परिपथ, अन्य समान संधारित्र परिपथ के साथ, अक्सर आवेश पंप कहा जाता है।1932 में, कॉक्रॉफ्ट और वाल्टन ने उच्च डीसी वोल्टेज के उत्पादन के लिए रीनाचेर द्वारा विकसित परिपथ में सुधार का सुझाव दिया। नो लोड संचालन : परिपथ का हिस्सा ग्रीनार्चर वोल्टेज डबलर्स परिपथ के समान है और C के पार वोल्टेज 2Vmax हो जाता है एक वोल्टेज 2Vmax प्राप्त करता है। अगले आधे चक्र के दौरान जब B के संबंध में सकारात्मक हो जाता है पर्याप्त भार के लिए, संधारित्र पर आवेश आंशिक रूप से समाप्त हो जाता है, और आउटपुट वोल्टेज कैपेसिटेंस द्वारा विभाजित आउटपुट धारा के अनुसार गिर जाता है।

विशेषताएं

व्यवहार में, सीडब्ल्यू में कई कमियाँ हैं। जैसे-जैसे चरणों की संख्या में वृद्धि होती है, उच्च चरणों के वोल्टेज कम होने लगते हैं, मुख्य रूप से निचले चरणों में संधारित्र के विद्युत प्रतिबाधा के कारण "शिथिलता" शुरू हो जाते हैं।और, आउटपुट धारा की आपूर्ति करते समय, वोल्टेज रिपल तेजी से बढ़ता है क्योंकि चरणों की संख्या बढ़ जाती है (इसे आउटपुट फिल्टर के साथ ठीक किया जा सकता है, लेकिन इसमें सम्मिलित उच्च वोल्टेज का सामना करने के लिए संधारित्र के स्टैक की आवश्यकता होती है)।अधिकांश कण त्वरक ने आज अपने कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर को अधिक कुशल रेडियो-फ्रीक्वेंसी क्वाड्रुपोल सिस्टम के साथ बदल दिया है। वे बहुत छोटे होते हैं और जीवन भर बनाए रखने और बदलने के लिए कम हिस्से होते हैं। आधुनिक कण त्वरक, जैसे स्विट्जरलैंड में सीईआरएन में, कई किलोमीटर लंबा हो सकता है। एक कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर का उपयोग सर्न में पिछले दशकों में किया गया था और अब इसे उनके आगंतुक केंद्र में प्रदर्शित किया जा सकता है। इन कारणों से, बड़ी संख्या में चरणों वाले सीडब्ल्यू गुणक प्रवर्धक का उपयोग केवल वहीं किया जाता है जहां अपेक्षाकृत कम आउटपुट धारा की आवश्यकता होती है। निचली अवस्थाओं में समाई बढ़ाकर शिथिलता को कम किया जा सकता है, और इनपुट की आवृत्ति बढ़ाकर और एक वर्ग तरंग का उपयोग करके तरंग को कम किया जा सकता है। एक इन्वर्टर (इलेक्ट्रिकल), या एक इन्वर्टर और एचवी परिणामित्र के संयोजन जैसे उच्च-आवृत्ति स्रोत से सीडब्ल्यू चलाकर, सीडब्ल्यू बिजली आपूर्ति का समग्र भौतिक आकार और वजन काफी हद तक कम किया जा सकता है।

सीडब्ल्यू मल्टीप्लायरों का उपयोग सामान्यतः अपेक्षाकृत कम-धारा अनुप्रयोगों के लिए उच्च वोल्टेज विकसित करने के लिए किया जाता है, जैसे उच्च-ऊर्जा भौतिकी प्रयोगों या बिजली सुरक्षा परीक्षण के लिए दसियों या सैकड़ों वोल्ट से लेज़र लाखों वोल्ट तक के बायस वोल्टेज। सीडब्ल्यू गुणक प्रवर्धक भी पाए जाते हैं, लेजर सिस्टम, हाई-वोल्टेज बिजली की आपूर्ति, एक्स-रे सिस्टम, एलसीडी बिजली चमकना, यात्रा-तरंग ट्यूब एम्पलीफायरों, आयन पंप (भौतिकी) एस, इलेक्ट्रोस्टैटिक सिस्टम, एयर आयनाइज़र, में चरणों की एक उच्च संख्या के साथ। कण त्वरक, फोटोकॉपियर, वैज्ञानिक उपकरण, आस्टसीलस्कप, टेलीविजन सेट और कैथोड-रे ट्यूब, बिजली का झटका हथियार हथियार, कीड़े मारने की मशीन और कई अन्य अनुप्रयोग जो उच्च वोल्टेज डीसी का उपयोग करते हैं।

छवि गैलरी

1948 में ऑक्सफोर्ड विश्वविद्यालय के क्लेरेंडन लैब में 1.2 एमवी 6-स्टेज कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन त्वरक

1937 में बर्लिन में कैसर विल्हेम इंस्टीट्यूट में 3 एमवी सीडब्ल्यू त्वरक, उस समय का सबसे शक्तिशाली सीडब्ल्यू कहा जाता था (दो 4-चरण की सीढ़ी विपरीत ध्रुवता का उत्पादन करती थी)। पैमाने के शीर्ष केंद्र में तीन मानव आकृतियों पर ध्यान दें।

कैसर विल्हेम मशीन का नियंत्रण कक्ष

कैथोड-रे ट्यूब टेलीविजन सेट की एनोड आपूर्ति में 3-चरण सेमीकंडक्टर डायोड कैस्केड मल्टीप्लायर (हरा)

यह भी देखें

एक समान परिपथ मार्क्स जनित्र है, जिसकी एक समान सीढ़ी संरचना है, लेकिन प्रतिरोधों, संधारित्र और स्पार्क अंतराल के होते हैं। मार्क्स जनित्र छोटी दालों का उत्पादन करता है, जबकि सीडब्ल्यू जनित्र एक निरंतर डीसी का उत्पादन करता है।

अग्रिम पठन

• J. D. Cockcroft and E. T. S. Walton, Experiments with High Velocity Positive Ions.(I) Further Developments in the Method of Obtaining High Velocity Positive Ions, Proceedings of the Royal Society A, vol. 136, pp. 619–630, 1932.
• J. D. Cockcroft and E. T. S. Walton, Experiments with High Velocity Positive Ions. II. The Disintegration of Elements by High Velocity Protons, Proceedings of the Royal Society A, vol. 137, pp. 229–242, 1932.

बाहरी संबंध

• Cockcroft–Walton Multipliers Tutorial – EEVBlog at YouTube
• Cockcroft Walton
• Cockcroft Walton used in particle accelerators
• US Department of Energy