Надо Знать

добавить знаний



Электростатический генератор Ван де Граафа



План:


Введение

Электростатический генератор Ван де Граафа

Электростатический генератор Ван де Граафа - ускоритель заряженных частиц, генератор высокого напряжения.

Для создания высокого постоянного напряжения в генераторе Ван де Граафа используются электризация трением. Таким методом можно достичь напряжения до нескольких мега вольт. Значение напряжения ограничено возникновением коронного разряда между сферическими электродами. Соответственно, энергия ускоренных частиц ограничена несколькими М еВамы на единицу заряда.

Учитывая небольшое ускорение, электростатический генератор позволяет исследовать только низкоэнергетические ядерные реакции. Однако он нашел широкое прикладное использование в физике твердого тела, как прибор, позволяющий изучать приповерхностные слои вещества, проводить ионная имплантация и т.д..


1. Строение и принцип действия

Схема генератора, см. пояснения в тексте

Простой генератор Ван де Граафа состоит из диэлектрической (шелковой или резиновой) ленты (4 и 5 на рисунке), вращающейся на роликах 3 и 6, причем верхний ролик диэлектрический, а нижний металлический и соединен с землей. Один из концов ленты заключен в металлическую сферу 1. Два электрода 2 и 7 в форме щеток находятся на небольшом расстоянии от ленты сверху и снизу, причем электрод 2 соединен с внутренней поверхностью сферы 1. Вблизи нижнего электрода воздух ионизируется, образуются положительные ионы под действием силы Кулона движутся к заземленному 6 роликов и оседают на ленте, благодаря чему часть ленты движется вверх, заряжается. Лента доставляет заряд внутрь сферы 1, где он снимается щеткой 2 благодаря тому, что все 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, возникающие при ионизации воздуха вокруг сферы.

Основной принцип работы генератора следует из законов распределения заряда в проводниках. Заряд концентрируется на внешней поверхности сферы. В середине сферы заряд отсутствует. Именно это помогает стекать заряда с наэлектризованное ленты и накапливать его на сфере. Поэтому генератор может работать и без заземления и дополнительных источников энергии. Лента может электризоваться от трения, затем видаваты заряд сфере. Отсюда и разность потенциалов на стрици, которая поднимается к сфере и опускается от нее, и на соответствующих электродах.

Современные генераторы Ван де Граафа вместо лент используют цепи, состоящие из металлических и пластиковых звеньев, которые чередуются между собой.


2. Характеристики

Промышленные электростатические генераторы дают ток до 100 мк А. Пучки ионов хорошо колимовани, энергия на выходе может быть стабилизирована с точностью до 10 кэВ.

3. История открытия

Электростатический генератор был изобретен в 1929 году в Принстонском университете американским физиком Роберт Ван де Грааф. Сначала он интенсивно использовался в ядерной физике для изучения ядерных реакций, но довольно быстро интерес физиков сместился в сторону более высоких энергий, и генератор Ван де Граафа утратил свое значение для переднего фронта ядерной физики, хотя нашел применение в прикладной физике.


4. Тандемные генераторы

Для повышения энергии ускоренных частиц вдвое используются танденмни генераторы. В них зараженных положительно сферический электрод (кондуктор) расположен посередине резервура с высоким давлением. Используется источник отрицательно заряженных ионов. Эти ионы ускоряются, двигаясь с дальнего конца резервуара до положительно заряженного кондуктора. На кондукторе они обдираются, теряя электроны и превращаясь в положительно зарадяжени ионы. Для обдирки отрицательных ионов их пропускают через металлическую фольгу или через канал с высокой плотностью газа. Образующиеся положительные ионы ускоряются еще раз, двигаясь к отрицательно заряженному электроду.


Источники

  • Фрауэнфельдер, Хенли Э.. Субатомная физика. - Москва: Мир, 1979.


Физика Это незавершенная статья физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.
п ? о ? р Ускорители заряженных частиц
Тип
конструкции
Высоковольтный (Генератор Ван де Граафа, Каскадный, Трансформаторный, Импульсный) ? Индукционный ? Резонансный
Циклический
Бетатрон ? Циклотрон ( Фазотрон ? Изохронный циклотрон) ? Синхротрон ? Синхрофазотрон ? Микротрон
P physics.svg
Назначение
Бустер ? Коллайдер ? Лазер на свободных электронах ? Источник синхротронного излучения ? Источник нейтронов
Крупнейшие
установки
Исторические
Современные
Большой адронный коллайдер ? Протонного суперсинхротрона ? Релятивистский коллайдер тяжелых ионов ? Нуклотрона
Гипотетические
Елоизатрон ? Зеватрон ? Планкатрон ? Фермитрон

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам