Ronaldo K. Shiomi - Boletim Técnico da FATEC-SP

Aprimoramento do Sistema de Controle do Canhão de Elétrons.
Ronaldo Koiti Shiomi*
Alexandre Almeida Malafronte**
Marcos Nogueira Martins***
Francisco Tadeu Degasperi****
Resumo
O trabalho apresentado tem como objetivo
o projeto, construção e teste de um novo sistema
para o controle do canhão de elétrons do
Laboratório do Acelerador Linear (LAL) do
IFUSP, com a redução do número de placas de
circuito impresso e aumento da padronização;
substituição das placas do microcomputador,
ADC e fibras ópticas por uma única com
microcontrolador PIC; integração das fontes de
filamento, grade e fonte fixa (-30 V) por uma
única; uso de amplificadores para medida da
corrente de filamento (aumentando sua precisão);
filtragem de ruídos das placas de fontes de
alimentação; construção de uma placa backplane
e projeto de uma nova blindagem.
Diagrama esquemático do sistema de controle do
acelerador micriotron.
Os
parâmetros
a
serem
controlados/monitorados são: tensão e corrente
do filamento e tensão da grade e tensão do
pulsador da grade.
Materiais e métodos
Introdução
Aceleradores de partículas aumentam a
velocidade e energia das partículas através da
interação com ondas eletromagnéticas. O
Laboratório do Acelerador Linear do IFUSP está
construindo um acelerador de elétrons de onda
contínua e recirculado tipo microtron.
O feixe de elétrons se origina do canhão de
elétrons por efeito termoiônico.
O canhão de elétrons do acelerador
microtron do IFUSP é composto de uma válvula
tríodo, com tensão de 100 kV entre o cátodo e
ânodo, para que na linha de injeção o feixe tenha
energia de 100 keV.
O micro do operador (Console), recebe e
envia informações para as Estações que são
microcomputadores responsáveis pelos vários
parâmetros do acelerador .
O envio e recebimento de informações para
o canhão é feito através de fibras ópticas, para
manter a isolação elétrica do sistema.
O projeto partiu da idéia de utilização do
microcontrolador PIC 1673B (oito bits). Isto
levou a escolha do conversor digital-analógico
ADC 557 da Analog Devices, baseado em suas
características técnicas como a compatibilidade
com o microcontrolador PIC e tensão de
referência e latches internos.
Foram construídos os protótipos das partes
principais da fonte da grade e do filamento e a
implementação deste DAC nas fontes.
Diagrama de blocos do sistema de controle do
canhão de elétrons.
Fonte da grade/filamento: Consiste em
DACs que recebem em suas oito entradas o sinal
do microcontrolador PIC, após a conversão, o
sinal é então aplicado a um amplificador de erro
que é composto por um amplificador operacional
*
Aluno de Graduação Fatec-SP.
Físico pelo IFUSP.
***
Prof. Dr. Livre Docente - IFUSP.
****
Prof. Associado Fatec-SP.
**
e um transistor na configuração de regulador
série.
A saída da fonte da grade não é ligada
diretamente à grade do canhão, mas a uma fonte
fixa em série, que então será conectada à grade,
desta forma, garante-se que quando a tensão da
fonte estiver em zero, haverá uma tensão
negativa (-30 V) na grade, impedindo a saída dos
elétrons do canhão.
Na fonte do filamento, tem-se como
parâmetro de controle, um medidor de corrente e
outro de tensão, que serão monitorados via
computador. Há ainda no circuito uma proteção
de sobretensão: caso haja algum problema de
operação, um tiristor curto-cicuitará a saída,
fazendo o fusível se romper e desligando o
sistema.
Ambas as fontes têm uma proteção de
sobrecorrente.
Pulsadores lento/rápido: Como o canhão
também pode funcionar no modo pulsado (fase de
teste e sintonia da máquina), o sistema também
dispõe de circuitos de pulso ( da ordem de alguns
kHz),que serão conectados à. grade. O objetivo
destes pulsadores é fazer com que o acelerador
trabalhe com baixas correntes. A amplitude do
pulso é controlada pelos sinais vindos de um
DAC.
Micro do canhão: É a parte mais importante
do sistema, ele controla todas as fontes , e os
pulsadores. Os sinais recebidos da Estação,
vindos do micro do operador (PC), através da
fibra óptica, atuam nas fontes de acordo com a
programação do microcontrolador acionam as
outras placas.
Fonte de Alimentação: Esta placa tem a
função de alimentar todos os circuitos integrados
do sistema, é um circuito simples dotado de
reguladores de tensão de +15 V, +5V, e -15 V.
Resultados
Foram confeccionadas e testadas as placas
da fonte da grade, fonte fixa, fonte do filamento,
micro do canhão.
Com base nestes resultados, foi possível o
projeto do novo rack, e blindagem.
A placa do pulsador lento está em fases de
testes, em breve fará parte do conjunto.
Conclusões
Com a finalização desse trabalho, o sistema
de controle do canhão estará modernizado,
apresentando uma configuração muito mais
compacta e eficiente que a anterior, montado em
uma estrutura mecânica mais reduzida, que
diminui os riscos de faiscamento.
Bibliografia:
Martins, M.N., Takahashi, J., Malafronte, A.A.,
Bonini, A. L., The Gun Control System of the
IFUSP Microtron, Brazil, 1997.
Hewlett Packard, Optoeletronics
Catalog, 1993, USA.
Designer’s
Texas Instruments, The Power Data Book For
Designer’s Engineers, Dallas, USA.
National Semiconductor, TTL Data Book, 1976,
Santa Clara, CA.
Malafronte, A.A., Bonini, A.L., Monitoração e
controle do canhão de elétrons - Relatório
Técnico 13-A Projeto Microtrom -Laboratório do
Acelerador Linear - IFUSP, abril-1996, Brazil.
Capuanao, F.G., Iodeta, I.V, Elementos de
Eletrônica Digital, Érica editora LTDA., 3a
edição, 1982.