Генератор на Ван де Грааф

Още известен като Генератор за статично електричество, представлява ускорител на леки елементарни частици (лептони) и по-точно електрони.

История

Изобретен е през 1929 година от американският физик Робърт Ван де Грааф от университета “Принстън“, с помощта на колегата му, Никола Бурке. Първият модел е демонстриран през октомври 1929 г. Първата машина използва обикновена тенекиена кутийка, малък мотор и копринена панделка, купени от магазин за домашни потреби. Ван де Грааф отива при ръководителя на отдела по физика, искайки 100 долара, за да направи подобрена версия. Получил парите, но с много трудности. До 1931 можел да съобщи постигнатите 1.5 милиона волта, казвайки :„Машината е лесна за използване, евтина и преносима. Обикновена фасонка осигурява нужната мощност. Според заявление за патент, машината се е състояла от две заредени със заряд сфери с диаметър 60 см.,монтирани на 180 сантиметрови колони от баросиликатно стъкло. Апаратът струва 90 долара през 1931 г. Ван де Грааф кандидатствал за втори патент през декември 1931, който бил възложен на технологичния институт в Мичиган, в замяна на част от приходите от продажбата на апарата. По късно патентът бил получен. През 1933 Ван де Грааф построил 12 метров модел в съоръжение на института, средствата за който, били дарени от полковник Едуард Грийн.

Ван де Грааф генераторът се състои от метална сфера, най-често алуминиева без остри части, диелектриков ремък, 2 ролки от противоположни трибоелектрични серии, метални четки, които прихващат отделените електрони, плексигласов или друг кожух и електромотор. Принципът на действие на генератора се основава на свойствата на проводниците в електростатично поле. Триенето на ремъка с долната ролка предизвиква индуцирането на некомпенсиран заряд, който се пренася от ремъка до горната четка, където бива прихванът и отведен към сферата. Този заряд е положителен, тъй като ролката се наелектризира положително при триене, това означава, че приема електрон от лентата и по вътрешната страна на ремъка се индуцира некомпенсиран отрицателен заряд, който вследствие на преполяризацира от йонизацията на въздуха и става положителен от другата страна на ремъка. Именно моментът на преразпределението на заредените частици е преломният. Индуцираните отрицателни заряди от горната ролка биват заземени, посредство заземителя на самия уред. Едно от свойствата на проводник в електростатично поле е, че вътре в проводника не се създава електростатично поле, и съответно интензитетът там е равен на нула. Това позволява натрупването на нови заряди върху сферата да бъде неограничено. И така генераторът се зарежда до десетки или стотици хиляди волта напрежение, а при някои модели и до няколко милиона.

Приложение и употреба

В модерни времена приложението на генератора на Ван де Грааф е до голяма степен ограничено до научни цели, да демонстрира практичния аспект и концепцията на електростатичното движение на частиците. Преди всичко проектирани като практични ускорители, генераторите на Ван де Грааф се използват само в лабораториите, за демонстрация. Генераторът на Ван де Грааф бил един от първите методи, използвани за изучаването на ядрената физика преди появата на по-добри методи за ускоряване на частиците. Лъчът, на тези заредени, ускорени частици се използва за задействането на ядрената реакция. Лъчи от ускорени частици се използват за разбиването на атоми в различни физични експерименти.В медицината такива лъчи са използвани за лечението на рак.

Ограничения

• Произвежда много ниско напрежение на тока, сравнено с волтажа.
• Поддръжката и конструкцията е скъпа и уреда заема много място.
• Максимално може да се генерират 3 мил. волта преди въздуха да се йонизира.
• Не може да ускорява неутрални частици.