|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Генератор Ван-де-Граафа |
 | |
Анимация
Описание
Высоковольтный электростатический генератор, изобретенный в 1931 году Робертом Дж. Ван-де-Граафом в Массачусетском технологическом институте, используется для ускорения заряженных частиц (электронов, протонов, ионов и т.д.). Схема устройства генератора изображена на рис. 1.
Схема генератора Ван-де-Граафа
Рис. 1
Большой полый металлический электрод, имеющий вид полусферического купола, установлен на высоковольтной изолирующей колонне. В полость электрода заходит верхний конец ленточного транспортера электрических зарядов, представляющий собой бесконечный резиновый ремень на текстильной основе, натянутый на два металлических шкива и движущийся обычно со скоростью 20 - 40 м/сек. Нижний шкив, установленный на металлической плите, вращается электродвигателем. Верхний шкив размещается под высоковольтным электродом-куполом и находится под полным напряжением машины. Там же находится система питания источника ионов и сам источник. Нижний конец ленты проходит мимо электрода поддерживаемого обычным высоковольтным источником под высоким относительно земли напряжением до 100 кВ. В результате коронного разряда электроны с ленты переносятся на электрод.
Положительный заряд поднимаемой транспортером ленты компенсируется вверху электронами купола, который получает положительный заряд. Максимально достижимый потенциал ограничивается изолирующими свойствами колонны и воздуха вокруг нее. Чем больше электрод, тем выше потенциал он может выдержать. Если установка герметически закрыта и внутреннее пространство наполнено сухим сжатым газом, размеры электрода для данного потенциала могут быть уменьшены. Заряженные частицы ускоряются в откачанной трубке, расположенной между высоковольтным электродом и «землей» или между электродами, если их два.
С помощью генератора Ван-де-Граафа может быть получен потенциал порядка 10·106 В, что позволяет ускорять электроны, протоны и дейтроны до энергии 10 Мэв, а альфа-частицы, несущие двойной заряд до 20 Мэв. Энергию заряженных частиц на выходе генератора можно легко контролировать с большой точностью, что делает возможными точные измерения. Ток пучка протонов в постоянном режиме 50 мкА, а в импульсном режиме может быть доведен до 5 мА.
Ключевые слова
Разделы наук
Элементарные частицы, их рассеяние, реакции, космические потоки
Свойства ядер. Радиоактивность. Ядерные реакции
Электрические токи в вакууме, газах и плазме
Электрическое поле
Применение эффекта
Расходимость пучка генератора (до миллирадиан) значительно меньше, чем у линейных ускорителей и циклотронов, поэтому он используется практически всеми лабораториями ядерной физики, работающими с частицами низких и средних энергий. Применяется как для проведения ядерных реакций, так и для инжектирования частиц в ускорители.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Генератор Ван-де-Граафа может иметь вертикальное (более распространенное) и горизонтальное исполнение. Для увеличения энергии вылетающих частиц используются двух- и трехступенчатые генераторы.
Лабораторная реализация затруднена ввиду чрезвычайно высоких требований к пробойному напряжению изолирующей колонны и ленты, а также невозможности измерения получаемых сверхвысоких напряжений обычными вольтметрами.
Литература
1. Хойзингтон Д. Основы ядерной техники. Госатомиздат, 1961.
2. Комар Е.Г. Основы ускорительной техники. Атомиздат, 1975.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |