Генератор Ван де Граафф

У раним тридесетима др Роберт Ван де Грааф, који је у то време радио као истраживач на Технолошком институту у Масачусетсу и бавио се научним истраживањима у области нуклеарне физике и убрзивачке технологије, развио, пројектовао и убрзо изградио високонапонски електростатички акцелератор који делује на принципу електрификованог транспортна трака са ваздушним јонима (1933).

Касније, 1936., Ван де Граафф је изградио (све на истом принципу) највећи свјетски електростатички генератор константног напона - тандемски генератор Ван де Граафф, који се састојао од две високе куле.

Новине тог времена које је изум ванредног професора назвао само револуционарним, предвиђале су му да "чини чуда" и "открива тајне природе". Овако снажно мијешање у штампи није нимало изненађујуће, јер се највећи двостепени ван де Граафф генератор састојао од два огромна стуба промјера скоро 2 метра и висине од око 15 метара (са металним сферама промјера 4,5 метра постављеним на врху стубова, изнутра која се механички напајала електричним набојем) и омогућила је добијање разлике од 7.000.000 волти.

Упркос ниској ефикасности уређаја у целини (око 23%), људи који су видели дивне уређаје на послу оставили су неизбрисив утисак, јер су испуштања искре била дугачка више од метра.

Снага Ван де Граафф-овог генератора била је довољна за прави истраживачки рад - за убрзање атомског језгра, као и елементарних честица, попут протона и електрона, до довољно велике брзине. Тако је Ван де Граафф генератор, који се користи у акцелераторима, помогао научницима да идентификују саставне делове атома, који су структура физичког универзума.

Кажу да је идеја о принципу рада високонапонског агрегата дошла до Ван де Грауф-а још док је био студент и посматрао искре статичког електрицитета с времена на време како трче на радној штампарији.

Принцип рада генератора је следећи. Свилена или гумена трака (диелектрична трака) се протеже и окреће попут транспортне траке на пар ваљака, од којих је један на дну ступа, а други унутар шупљине проводне сфере на врху. Доњи ваљак израђен је од метала и галвански повезан са тлом, покреће га мотор. Горњи ваљак је диелектричан.

Метална четкица спојена на позитивни терминал извора високог напона, чији је негативни терминал директно повезан са доњим ваљком, доведен је до траке испод, испод доњег ваљка, с малим размаком.

Дакле, између доњег ваљка и четке помера се диелектрична трака (у правом генератору трака је имала ширину од око 120 цм). Под дејством високог напона (око 20 000 волти) између ваљка и четке, ваздух између њих је јонизован, а позитивни јони ваздуха, извучени Куломовом силом, појуре на негативно наелектрисан ваљак. Али будући да се на путу јона налази диелектрична трака, јони се таложе на траку и на тај начин је пуне.

Трака се креће одоздо према горе, испод ње непрекидно прима набој, а истовремено се набој са њене површине непрекидно узима у близини горњег ваљка, јер горњи ваљак унутар сфере такође има четкицу која се налази поред њега. Четкица уклања набој са траке и, галвански повезан са унутрашњом површином шупље проводне сфере, преноси набој на њега, све више наелектризирајући овај сферни контејнер по целој својој спољној површини, у основи га пумпајући, убацујући набој у њега.

Темељна могућност накупљања набоја у капацитету сфере генератора Ван де Грааффа ограничена је коронским пражњењем, што се неизбежно појављује услед јонизације ваздуха који окружује сферу. Теоретска граница за сферу пречника 4,5 метара је приближно 17 000 000 волти.

Амерички научник Јамес Стаки и волонтерка Јуди Цреден показују способност људског тела да спроводи електричну струју. Предавање у Њујорку, 1966