В начале 1930-х годов доктор Роберт Ван де Грааф, работавший на тот момент научным сотрудником в Массачусетском технологическом институте и занимавшийся научными исследованиями в области ядерной физики и ускорительной техники, разработал, спроектировал и в скором времени соорудил высоковольтный электростатический ускоритель, работающий по принципу электризуемой ионами воздуха конвейерной ленты (1933).
Позже, в 1936 году, Ван де Граафом был построен (все по тому же принципу) самый большой в мире электростатический генератор постоянного напряжения — тандемный генератор Ван де Граафа, состоящий из двух высоких башен.
Газеты того времени называли изобретение доцента не иначе как революционным, предрекали ему «свершать чудеса» и «открывать тайны природы». Столь сильный ажиотаж в прессе вовсе не удивителен, ведь самый большой двухкаскадный генератор Ван де Граафа состоял из двух огромных колонн диаметром почти по 2 метра каждая и высотой примерно по 15 метров (с закрепленными сверху на колоннах металлическими сферами диаметром по 4,5 метра, внутрь которых механически подавался электрический заряд) и позволял получать разность потенциалов в 7000000 вольт.
Несмотря на низкий КПД устройства в целом (порядка 23%), люди, видевшие чудесный прибор в работе, испытывали неизгладимое впечатление, ведь искровые разряды получались более метра длиной.
Мощности генератора Ван де Граафа хватало для реальной исследовательской работы, - для ускорения атомных ядер, а также элементарных частиц, таких как протоны и электроны, до достаточно высоких скоростей. Так генератор Ван де Граафа, использованный в ускорителях, помогал ученым выявлять составные части атомов, являющие собой структуру физической вселенной.
Говорят, идея относительно принципа работы высоковольтного генератора пришла Ван де Граафу, когда он был еще студентом и наблюдал то и дело проскакивавшие искры статического электричества на работающем печатном станке.
Принцип действия генератора заключается в следующем. Шелковая или резиновая лента (диэлектрическая лента) натянута и вращается подобно конвейерной ленте на паре роликов, один из которых находится в основании колонны, второй — внутри полости проводящей сферы наверху. Нижний ролик изготовлен из металла и гальванически соединен с землей, он приводится во вращение двигателем. Верхний ролик — диэлектрический.
К ленте снизу, под нижним роликом, с небольшим зазором подведена металлическая щетка, соединенная с положительной клеммой источника высокого напряжения, отрицательная клемма которого присоединена непосредственно к нижнему ролику.
Итак, между нижним роликом и щеткой движется диэлектрическая лента (в реальном генераторе лента имела ширину около 120 см). Под действием высокого напряжения (порядка 20000 вольт) между роликом и щеткой, воздух между ними ионизируется и положительные ионы воздуха, влекомые силой Кулона, устремляются к отрицательно заряженному ролику. Но поскольку на пути ионов находится диэлектрическая лента, ионы оседают на ленте, заряжая ее таким образом.
Лента движется снизу вверх, внизу она непрерывно получает заряд, одновременно с этим заряд с ее поверхности непрерывно забирается возле верхнего ролика, так как верхний ролик внутри сферы тоже имеет расположенную рядом с собой щетку. Щетка снимает заряд с ленты, и будучи соединена гальванически с внутренней поверхностью полой проводящей сферы, передает ей заряд, все больше и больше электризуя эту сферическую емкость по всей ее наружной поверхности, по сути нагнетая, накачивая в нее заряд.
Иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
.php?title=%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%92%D0%B0%D0%BD_%D0%B4%D0%B5_%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B0%D1%84%D0%B0&action=edit отредактировать] эту статью, добавив ссылки на .
Эта отметка установлена 17 февраля 2013 года
.
Генератор Ван де Граафа - генератор высокого напряжения , принцип действия которого основан на электризации движущейся диэлектрической ленты. Первый генератор был разработан американским физиком Робертом Ван де Граафом в году и позволял получать разность потенциалов до 80 киловольт . В 1931 и 1933 им же были построены более мощные генераторы, позволившие достичь напряжения в 1 миллион и 7 миллионов вольт соответственно .
Принцип действия
Ошибка создания миниатюры: Файл не найден
Схема генератора, см. пояснения в тексте
Простой генератор Ван де Граафа состоит из диэлектрической (шёлковой или резиновой) ленты (4 на рисунке «Схема генератора»), вращающейся на роликах 3 и 6, причём верхний ролик диэлектрический, а нижний металлический и соединён с землёй . Один из концов ленты заключён в металлическую сферу 1. Два электрода 2 и 5 в форме щёток находятся на небольшом расстоянии от ленты сверху и снизу, причём электрод 2 соединён с внутренней поверхностью сферы 1. Через щетку 5 воздух ионизируется от источника высоковольтного напряжения 7, образующиеся положительные ионы под действием силы Кулона движутся к заземлённому 6 ролику и оседают на ленте, движущаяся лента переносит заряд внутрь сферы 1, где он снимается щёткой 2, под действием силы Кулона заряды выталкиваются на поверхность сферы и поле внутри сферы создается только дополнительным зарядом на ленте. Таким образом на внешней поверхности сферы накапливается электрический заряд. Возможность получения высокого напряжения ограничена коронным разрядом , возникающим при ионизации воздуха вокруг сферы.
Современные генераторы Ван де Граафа вместо лент используют цепи, состоящие из чередующихся металлических и пластиковых звеньев, и называются пеллетронами .
Применение
Исторически изначально генераторы Ван де Граафа применялись в ядерных исследованиях для ускорения различных заряженных частиц . В настоящее время их роль в ядерных исследованиях уменьшилась по мере развития иных способов ускорения частиц.
Они продолжают использоваться для моделирования процессов, происходящих при ударе молний , для имитации грозовых разрядов на земле.
В литературе
В романе Е. Л. Войскунского и И. Б. Лукодьянова «Экипаж Меконга» генератор Ван де Граафа используется для придания свойства проницаемости твёрдым телам.
Фото
Van De Graaff gen 03.jpg
Генератор Ван де Граафа
Van De Graaff gen 04.jpg
Генератор без металлической сферы
Van De Graaff gen 05.jpg
Верхний ролик и расчески
Van De Graaff gen 06.jpg
Нижний ролик и расчески
См. также
- Van der Graaf Generator (английская прогрессив-рок группа)
Напишите отзыв о статье "Генератор Ван де Граафа"
Примечания
| Наиболее известная формула из ОТО - закон сохранения энергии-массы | Это заготовка статьи по физике . Вы можете помочь проекту, дополнив её. |
Отрывок, характеризующий Генератор Ван де Граафа
– Здесь не живут опасные, у нас их уже давно нет. Я уже не помню, как давно... – прозвучал ответ, и тут только мы заметили, что Вэйи с нами нет, а обращается к нам Миард...Стелла испуганно огляделась, видимо не чувствуя себя слишком комфортно с нашим новым знакомым...
– Значит опасности у вас вообще нет? – удивилась я.
– Только внешняя, – прозвучал ответ. – Если нападут.
– А такое тоже бывает?
– Последний раз это было ещё до меня, – серьёзно ответил Миард.
Его голос звучал у нас в мозгу мягко и глубоко, как бархат, и было очень непривычно думать, что это общается с нами на нашем же «языке» такое странное получеловеческое существо... Но мы наверное уже слишком привыкли к разным-преразным чудесам, потому что уже через минуту свободно с ним общались, полностью забыв, что это не человек.
– И что – у вас никогда не бывает никаких-никаких неприятностей?!. – недоверчиво покачала головкой малышка. – Но тогда вам ведь совсем не интересно здесь жить!..
В ней говорила настоящая, неугасающая Земная «тяга к приключениям». И я её прекрасно понимала. Но вот Миарду, думаю, было бы очень сложно это объяснить...
– Почему – не интересно? – удивился наш «проводник», и вдруг, сам себя прервав, показал в верх. – Смотрите – Савии!!!
Мы взглянули на верх и остолбенели.... В светло-розовом небе плавно парили сказочные существа!.. Они были совершенно прозрачны и, как и всё остальное на этой планете, невероятно красочны. Казалось, что по небу летели дивные, сверкающие цветы, только были они невероятно большими... И у каждого из них было другое, фантастически красивое, неземное лицо.
– О-ой.... Смотри-и-те... Ох, диво како-о-е... – почему-то шёпотом произнесла, совершенно ошалевшая Стелла.
По-моему, я никогда не видела её настолько потрясённой. Но удивиться и правда было чему... Ни в какой, даже самой буйной фантазии, невозможно было представить таких существ!.. Они были настолько воздушными, что казалось, их тела были сотканы из блистающего тумана... Огромные крылья-лепестки плавно колыхались, распыляя за собой сверкающую золотую пыль... Миард что-то странно «свистнул», и сказочные существа вдруг начали плавно спускаться, образуя над нами сплошной, вспыхивающий всеми цветами их сумасшедшей радуги, огромный «зонт»... Это было так красиво, что захватывало дух!..
Первой к нам «приземлилась» перламутрово-голубая, розовокрылая Савия, которая сложив свои сверкающие крылья-лепестки в «букет», начала с огромным любопытством, но безо всякой боязни, нас разглядывать... Невозможно было спокойно смотреть на её причудливую красоту, которая притягивала, как магнит и хотелось любоваться ею без конца...
– Не смотрите долго – Савии завораживают. Вам не захочется отсюда уходить. Их красота опасна, если не хотите себя потерять, – тихо сказал Миард.
– А как же ты говорил, что здесь ничего опасного нет? Значит это не правда? – тут же возмутилась Стелла.
– Но это же не та опасность, которую нужно бояться или с которой нужно воевать. Я думал вы именно это имели в виду, когда спросили, – огорчился Миард.
– Да ладно! У нас, видимо, о многом понятия будут разными. Это нормально, правда ведь? – «благородно» успокоила его малышка. – А можно с ними поговорить?
– Говорите, если сможете услышать. – Миард повернулся к спустившейся к нам, чудо-Савии, и что-то показал.
Генератор Ван де Граафа способен выдавать электростатические потенциалы в сотни тысяч вольт. Такие установки имеются во многих лабораториях и политехнических музеях, где их используют в самых различных опытах, связанных с электричеством. Правда, там используются генераторы высотой в два человеческих роста. Мы же попробуем построить компактную настольную установку.
Назван генератор по имени голландского физика Р. Дж. Ван де Граафа, который в 1931 году сконструировал его для своих опытов по электростатике. С той поры установки, сыплющие искрами, можно найти даже в школьном кабинете физики, и называются они иногда электрофорными машинами. Мы же с вами попробуем сделать своими руками примерно такой генератор, как его задумывал сам Ван де Грааф.
Для конструкции генератора Ван де Граафа потребуется:
- пустая металлическая банка из-под газировки;
- небольшой гвоздик;
- кольцевая резинка шириной примерно 0,5 см и диаметром 8 - 10 см;
- стеклянный электрический предохранитель размерами 5×20 мм;
- электродвигатель постоянного тока (например, от игрушки);
- зажим "крокодильчик";
- держатель батареи;
- чашка из пенополистирола или бумажный стаканчик;
- клеящий термопистолет или тюбик клея для пластика;
- два отрезка медного электрического провода;
- два отрезка 3/4-дюймовой сантехнической трубы из ПВХ;
- 3/4-дюймовая муфта из ПВХ;
- Т-образный 3/4-дюймовый сантехнический тройник из ПВХ;
- изолента и деревянная подставка.
Может показаться, что установка сложна, но если вы посмотрите на иллюстрации, то увидите, что смонтировать ее можно всего за один вечер. Главное - припасти все необходимые детали.
Монтаж генератора
Монтаж начните с деревянного основания. К нему приклейте 5 - 7-сантиметровый отрезок пластиковой трубы диаметром 3/4 дюйма. На этом фундаменте и будет монтироваться ваш генератор с тем расчетом, чтобы в случае надобности его можно было легко снять, если, например, надо заменить в нем резиновую ленту или внести изменения в конструкцию.
В одно из колен сантехнического тройника вставляется электродвигатель. Поскольку моторчик, как правило, небольшого диаметра, то его надо обернуть бумагой или изолентой, чтобы корпус входил в трубу с некоторым усилием. На вал двигателя натяните кусочек пластиковой трубки соответствующего диаметра.
Далее, просверлите небольшое отверстие в боковой части Т-образной трубки. Через него введите внутрь конец многожильного провода, "разлохмаченного" в виде кисточки или щетки таким образом, чтобы, расположив его вблизи резиновой ленты, можно было снимать с нее электростатический заряд.
Закрепить провод на месте можно с помощью скотча или изоленты. Кольцевую резинку накиньте внизу на шкив, а оставшуюся часть вытащите наверх, как показано на иллюстрации.
Далее, отрежьте от 3/4-дюймовой сантехнической трубы цилиндр 5 - 7-сантиметровой длины. Его надо будет закрепить в верхней части Т-образного разъема, как показано на рисунке. Протяните резинку до самого верха и закрепите положение гвоздиком.
При этом надо иметь в виду, что длина трубы должна быть такой, чтобы резинка не была растянута слишком сильно. Иначе из-за повышенного трения двигатель будет работать с излишней нагрузкой.
Отрежьте от пенополистироловой чашки нижнюю часть высотой 1,5 - 2 см, переверните ее вверх дном и вырежьте в дне отверстие с таким расчетом, чтобы оно плотно садилось на 3/4-дюймовую трубу.
Теперь просверлите три отверстия в верхней части муфты. Два из этих отверстий должны быть диаметрально противоположны друг другу, так чтобы через них прошел небольшой гвоздь, который будет выступать в качестве мостика для резинки. Третье отверстие расположено между двумя другими с таким расчетом, чтобы продетая в него проволочная кисточка-щетка, как и нижняя щетка, почти касалась резинки в натянутом состоянии.
Щетка вставляется в муфту, а сама муфта надевается на 3/4-дюймовую трубу, выше "воротника" из чашки. Резинка заправляется в муфту и удерживается на месте гвоздиком, как и раньше. Кстати, отдельные проводки "кисточки" надо скрутить почти по всей длине между собой, чтобы отдельные проводки не распались.
Теперь осталось поставить на место стеклянную трубочку. Проще всего взять ее от электрического предохранителя, какие используются в радиоприборах. Аккуратно нагрейте паяльником металлический колпачок на одном из концов предохранителя и снимите его плоскогубцами с трубки. Так же поступите с другим колпачком.
Затем вытащите конец гвоздика из одного отверстия в муфте и наденьте на него стеклянную трубку с таким расчетом, чтобы резинка оказалась на трубке. Снова введите гвоздь во второе отверстие.
Приклейте пенополистироловый "воротник" к трубе. Лучше всего сделать это с помощью термопистолета, так как клей при этом быстро застывает и не растворяет пластмассу.
Но, в принципе, то же самое можно сделать и при помощи иного подходящего клея для пластика.
Теперь вы готовы к установке алюминиевой банки. Она хороша для высокого напряжения потому, что имеет закругленные края, что минимизирует "коронный разряд". Остается лишь острым ножом аккуратно вырезать верхнюю крышку, загладить обрезанные края, например, с помощью отвертки и, перевернув банку вверх дном, насадить ее на полистироловый воротник, пропустив внутрь свободный конец верхней проволочной "кисточки"-щетки.
Последний шаг - подключение двигателя к батарейке с помощью проводов. При этом вольтаж питания должен соответствовать тому, на которое рассчитан взятый вами электромотор.
Если кисточки-щетки в верхней и нижней частях банки установлены правильно - очень близко к резинке, но не касаются ее, вы должны почувствовать легкий электрический укол, как только поднесете палец близко к алюминиевой банке.
Запуск и настройка генератора Ван де Граафа
Если вы не обнаружили признаков высокого электростатического напряжения при работающем двигателе (нет искр, банка не притягивает к себе бумажных полосок), то вам придется заняться наладкой генератора.
Для начала попробуйте другой тип резинки. Некоторые виды резины имеют некую проводимость, а потому и не могут дать высокого потенциала.
Убедитесь, что все детали установки чисты. Грязь и жир тоже могут сделать вашу установку неработающей.
Проверьте: надежно ли верхняя щетка контактирует с металлом банки. Некоторые банки имеют внутри пластиковое покрытие. Тогда лучше взять другую банку.
Проверьте, нет ли острых концов, выходящих за пределы установки. Они могут стать источником коронного разряда, и напряжение накапливаться не будет.
Убедитесь, что щетки не касаются самой резиновой ленты. Между ними должен быть некоторый зазор.
Схема генератора Ван де Граафа : 1 - вал электромотора; 2 - стеклянная трубка; 3 - гвоздик; 4 - проволочная щетка; 5 - сфера; 6 - резинка; 7 - проволочная щетка.
Проверьте правильность всего монтажа, сравнив то, что сделано нами, с принципиальной схемой установки.
После того как генератор налажен, посоветуйтесь с учителем физики, какие интересные опыты можно поставить с помощью сделанного вами генератора. Например, если навесить на алюминиевую банку при выключенном генераторе гроздь бумажных полосок, то по мере увеличения напряжения они образуют некий экзотический "букет".
А можно с помощью генератора Ван де Граафа попробовать получать электреты - вечные источники электрического напряжения, которые используются, например, в микроскопах.
В различных областях науки и техники используются ускорители заряженных частиц — электронов, протонов, ионов. Такие ускорители могут быть построены на различных принципах. В том числе, на электростатическом принципе. Одним из типов генераторов, построенных на таком принципе, является генератор Ван де Граафа. В этом приборе, который был изобретен в 1929 году профессором Массачусетского университета Ван де Граафом, использовался принцип создания поля сверхвысокого напряжения путем электризации ленты из диэлектрика, которая передвигается с помощью двигателя.
Конструкция и принцип действия
Конструкция генератора бывает вертикальной и горизонтальной. Наиболее распространенной является установка с вертикальным расположением.
В состав такого генератора входят:
- бесконечная диэлектрическая резиновая или шелковая лента, двигающаяся со скоростью 20-40 м/c на 2-х вращающихся шкивах;
- 2 шкива. Нижний шкив выполнен из металла и вращается электродвигателем, а верхний шкив изготовлен из диэлектрика, например, акрилового стекла;
- полый металлический электрод в виде полусферы, внутри которого находится верхний шкив. Этот электрод укреплен на изоляторе;
- источник высокого напряжения.
Нижний шкив заземлен. На электрод, находящийся вблизи этого шкива, подается высокое напряжение. На небольшом расстоянии от верхнего и нижнего шкивов установлены электроды, выполненные в виде щетки или гребенки. Верхний электрод соединен с полой полусферой.
Принцип работы прибора
Под воздействием высокого напряжения в воздушном слое, находящимся между нижним щеточным электродом и нижним шкивом, образуются положительно заряженные ионы. Эти ионы притягиваются к металлическому шкиву, оседают на диэлектрической ленте и транспортируются к полому полусферическому электроду. С помощью верхнего щеточного электрода эти ионы снимаются с ленты и попадают на поверхность сферического электрода. С течением времени происходит накапливание заряда и повышение потенциала этого электрода относительно земли.
Максимальная величина получаемого напряжения определяется напряжением разряда, возникающего вокруг сферического электрода в результате ионизации окружающего электрод воздуха. При увеличении диаметра сферы это напряжение возрастает.
Для его увеличения в установках с относительно небольшой сферой прибор помещают в герметический корпус, который наполняется под давлением в 20 атмосфер газами с большой электрической прочностью. К таким газам относятся азот, фреон и другие газы. Такой корпус, выполненный из изоляционных материалов, служит также для обеспечения безопасности людей.
Тандемный генератор
Тандемный генератор состоит из 2-х каскадов. В таком генераторе создаются отрицательные ионы, которые летят в сторону находящегося под высоким положительным потенциалом электрода, находящегося в середине заполненного газом сосуда. Проходя через находящийся внутри электрода канал, отрицательные ионы, имеющие энергию в 10 МэВ, отдают свои электроны и превращаются в положительные ионы. Далее пучок этих положительных электронов перемещается в сторону электрода, имеющего нулевой потенциал. Таким образом, можно получить пучок протонов с удвоенной энергией.
Использование
Генераторы Ван де Граафа часто применяются в исследованиях атома и в медицине.
В первом случае они используются для проведения ядерных реакций и для ввода частиц в ускорители. Такие установки есть в большинстве ядерных лабораторий, в которых исследователи имеют дело с частицами малых и средних энергий.
В таких ускорителях под воздействием создаваемого генератором напряжения происходит формирование и ускорение пучков частиц.
Во втором случае генераторы применяются для лучевой терапии и исследований. При этом пучки частиц ударяются в мишень и создают жесткое излучение.
Кроме того, такие генераторы могут быть использованы в качестве учебных пособий для демонстрации явлений электростатики, а также для исследования грозовых разрядов и ударов молнии.
Технические характеристики
1-й генератор данного типа вырабатывал напряжение в 80 кВ. В дальнейшем изобретатель получил напряжения в 1 МВ и 7МВ. При этом напряжение первичного источника было 50 кВ.
Современные установки позволяют получить с помощью этого генератора напряжения в 20 миллионов вольт. Для этого используются тандемные установки. При этом ток в пучках может достичь нескольких мА, а энергия частиц – 40-50 МэВ.
Для получения частиц с большей энергией используются более мощные установки – циклотроны, коллайдеры.
Наиболее мощный генератор Ван де Граафа был использован в английской лаборатории Daresbury, в которой с 1983 по 1993 годы проводились ядерные эксперименты. В установке был использован тандемный генератор, развивающий напряжение в 20 МВ. Этот генератор располагался в здании высотой в 70 м. Важнейшим открытием, выполненным с помощью этой установки, было открытие супердеформированных ядер.
До войны в Советском Союзе был также построен большой генератор такого типа. На 2-х фарфоровых изоляторах были установлены металлические шары диаметром в 5 м. Напряжение между шарами достигало 15 МВ. При разряде появлялись молнии размеров в 15 м. При этом время заряда достигало 10 минут, а средняя мощность установки была менее 100 Вт.
Генераторы для опытов и образования
Генераторы Ван де Граафа могут быть использованы для проведения опытов в области физики и электростатики. При этом большое количество генераторов имеется в продаже. Также в Интернете приведено много разных схем и конструкций для самостоятельного изготовления генератора.
Примером такого устройства является генератор, производимый немецкой компанией 3B Scientific GmbH. Цена такого прибора 104076 руб.
Основные характеристики прибора:
- создаваемое напряжение около 100 кВ;
- ток короткого замыкания-15 мкА;
- питание двигателя от сети переменного тока;
- мощность потребления -13 ВА;
- размеры -240х120х620 мм;
- размеры шара – диаметр 90 мм, высота 420 мм;
- вес генератора -5,8 кг.
При работе с данным прибором необходимо выполнять ряд требований по технике безопасности:
- Данный прибор может представлять опасность для близко стоящих к прибору людей, у которых вживлен кардиостимулятор.
- Компьютерам и другим электронным приборам он может создавать ВЧ помехи.
- Нельзя использовать прибор во влажных помещениях.
- Нельзя прикасаться к цепям прибора.
- Включать прибор можно только в сетевую розетку, имеющую заземление.
- При замене предохранителя необходимо обязательно отключать прибор от сети.
Подготовка и включение прибора:
- Перед включением генератора снять сферу, подняв ее вверх.
- Очистить поверхность шкивов. При необходимости вымыть их и просушить феном.
- Установить ленту в шкивы.
- Поставить сферу на место.
- Заземлить металлическую пластину и электрод.
- Включить двигатель и выбрать необходимую скорость.
- Для проверки заряда путем получения искры медленно передвигать ленту к металлической сфере.
- В случае влажности просушить прибор феном.
Достоинства и недостатки
Достоинством генераторов Ван де Граафа состоят в том, что с их помощью можно получить пучки заряженных частиц, у которых имеются следующие качества:
- непрерывность;
- высокая интенсивность;
- отличная стабильность по энергии. Эта характеристика пучка достигает величины 0,01%;
- малая расходимость (менее тысячной доли радиана).
Недостатки генераторов:
- ограничения по величине получаемых напряжений и энергии частиц;
- повышенные требования к пробойному напряжению колонны и ленты;
- трудности измерения сверхвысоких напряжений;
- наличие вращающихся частей, уменьшающих надежность устройства.
Протонов и ионов высоких энергий. Ускорение частиц происходит за счет их взаимодействия с электростатическими или электромагнитными полями. В медицине ускорители заряженных частиц используют для лучевой терапии и в радиобиологических исследованиях. В зависимости от способа ускорения ускорители заряженных частиц делят на электростатические (например, генератор Ван-де-Граафа), линейные резонансные, индукционные (см. Бетатрон) и циклические (циклотрон).
В электростатическом генераторе Ван-де-Граафа высокое напряжение создается за счет накопления на поверхности полой проводящей сферы электрического заряда, который подается на нее от электрического генератора с помощью движущейся бесконечной ленты. Ускорение заряженных частиц происходит в вакуумной трубе.
Роберт Ванн де Грааф во время демонстрации своего генератора в 1922 г
Электростатический генератор (Ван-де-Граафа) - ускоритель заряженных частиц. Состоит из источника высокого напряжения (собственно электростатический генератор) и ускорительной трубки. Первая удачная конструкция подобной установки была предложена в 1929 г. Ван-де-Граафом (R. J. Van de Graaff). Принцип действия электростатического генератора заключается в следующем.
Электрические заряды от генератора наносятся на диэлектрическую движущуюся ленту.
С этой ленты заряды переносятся системой щеток на внутреннюю поверхность полой металлической изолированной сферы - кондуктора (рис.). Таким образом, на сферу может быть перенесен достаточно большой заряд, максимальная величина которого определяется возникновением разряда с нее во внешнее пространство. С увеличением размеров сферы напряжение повышается. В настоящее время для увеличения напряжения при минимальных размерах установки электростатический генератор помещают в бак с газом, имеющим высокую электрическую прочность (азот, фреон, углекислый газ), под давлением до 20 атм.
Электростатический генератор может быть использован для ускорения как электронов (см.), так и тяжелых частиц - протонов (см.). Предельная энергия ускоренных частиц достигает 10 Мэв. Электростатические генераторы нашли широкое применение в физике, технике и медицине. В медицине используются электростатические генераторы с электронным пучком (см. Электронное излучение) как источник жесткого тормозного излучения (см.), возникающего при попадании электронов высокой энергии на мишень из тяжелого элемента. См. также Ускорители заряженных частиц.
Электростатический генератор Ван-де-Граафа:
1 - высоковольтный электрод (кондуктор);
2 - ионный или электронный источник;
3 - многосекционная ускорительная трубка;
4 - изолирующая колонка;
5 - система дефокусировки электронного луча;
6 - тонкая алюминиевая фольга;
7 - конвейер;
8 и 10 - зарядные и съемные острия;
9 - двигающаяся «бесконечная» лента.
