ATLAS at Anywhere (旧 ATLAS at Osaka)

高圧電線とシリコン検出器

中学生か高校生の理科の授業みたいですが,みなさんは,送電線になぜ高電圧が使われているかご存知でしょうか。一言で結論を言ってしまうと,同じ電力を供給するならより高電圧のほうが送電線でのエネルギーロスが少ないからです。送電線で失われるエネルギーは[送電線の抵抗]×[送電線を流れる電流の2乗]ですから,電流量を減らしたい。消費電力=[使う装置にかかる電圧]×[電流]ですから,同じ消費電力で電流を減らしたかったら電圧を上げればよいということになります。なので,高電圧で長距離を送電しておいて,家の近くで変圧するということが当たり前のように世の中で行われています。

この仕組みを最近では私たちの検出器にも取り入れようとしています。私たちが開発に携わっているLHCアップグレード用のシリコン検出器では,大量のICを使います。最近はICの動作電圧がどんどん下がってきている上に,私たちの検出器は陽子陽子衝突地点近くに設置,つまり,電源を長いケーブルを通して供給しなければなりません。なので,何も考えないと,検出器のICが消費する電力よりも遥かに莫大な電力を電源ケーブルでのエネルギー損失として消費してしまいます。

そこで,より高い電圧でIC近くまで電源を供給し,変圧を行うICを別途設けるという方法が一つのオプションとして開発研究されています。もう一つのオプションは,普通は各ICが電源からみると並列接続されているわけですが,それを直列接続にするというアイデアです。10個のICの電源を直列接続にすれば,並列接続(=普通の送電方法)のときの10倍の電圧で送電できますので,これもケーブルでの消費電力を抑えることができます。いずれのオプションもノイズなど考慮すべきポイントはありますが,いずれか(あるいはそれらの両方)の技術をアップグレード用シリコン検出器では使う予定です。

身近に使われているのと同じ原理が最先端検出器でも使われようとしているのが面白と思い,なぜか突然紹介してみました。

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