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.
Генератор Ван де Граафа был изобретен в начале двадцатого столетия. Его использовали для разных целей, в частности, для ядерных исследований. Позже применение сузилось. Сегодня можно купить его как игрушку и демонстрировать детям, левитацию различных объектов. Также генератор можно соорудить самостоятельно. Тогда он станет отличной учебной моделью, с которой проводят разные опыты.
Детские фокусы
Хотите сотворить «волшебство»? Возьмите пакет из полиэтилена, обрежьте оба конца и завяжите на ниточке, чтобы получился бантик. Затем обычную линейку из пластика хорошенько потрите о шерстяную вещь и поднесите ее к бантику: начнется полет…
Готовую «волшебную палочку» с фигурками, с которыми можно делать такие фокусы, можно и купить в магазине.
Но самый простой вариант увидеть «волшебство» - это просто погладить кошку. Тогда можно и почувствовать, и увидеть возникшее статическое электричество.
А вот игрушка, повторяющая конструкцию генератора Ван де Граафа, работает на аккумуляторной батарее. Когда нажимают на кнопку, на кончике создается электростатический заряд. Поэтому фигурка перенимает его, и одноименные заряды начинают отталкиваться друг от друга. Так как фигурка вырезана определенным образом, она «надувается» и получает объем. Если заряд ослабевает, то нужно просто еще раз нажать на «волшебную» кнопку.
Немного истории
Конечно, генератор Ван де Граафа — это не только детские игрушки. Сам физик создал свое детище для проведения серьезных исследований в разделе атомной физики. Первый демонстрационный образец был сделан в 1929 году. Он был небольшого размера. Более внушительные габариты получил генератор Ван де Граафа, установленный на рельсы для дирижаблей. Модель состояла из двух столбов, наверху которых расположили полые сферы из алюминия диаметром пятнадцать футов.
Сооруженные в 1931 и 1933 годах установки достигали мощности в семь миллионов вольт. А ведь лишь заряд до восьмидесяти киловольт обеспечивал первый генератор Ван де Граафа.
Принцип действия
Внутри вращается вертикально диэлектрическая лента из бумаги. Ролик, расположенный наверху, является диэлектриком, а нижний выполнен из металла и соединен с землей. Щеточный электрод в сфере снимает и подает заряд, который распределялся в сфере равномерно. Рядом с электродом, находящимся внизу, воздух ионизируется, полезные ионы оседают на ленте, и та ее часть, которая направляется вверх, заряжается.
Чтобы получалась высокая разность потенциалов в линейных ускорителях частиц (для чего и нужны были эти генераторы), использовались две сферы с разными зарядами. В одной из них накапливались положительные, и в другой — отрицательные. Когда концентрация достигала определенного уровня, между ними проскакивал электроразряд. Именно он и исследовался. Напряжение здесь доходило до миллионов вольт.
Ранее устройства применялись для ядерных исследований и ускорения частиц. После того как появились другие способы ускорения, их стали использовать в этой сфере гораздо реже. В настоящее время генератор Ван де Граафа в большей степени служит для моделирования. К примеру, с его помощью имитируют природные разряды газа. Вместо лент в установках часто используют цепи, состоящие из пластиковых и железных звеньев поочередно.
Что нужно для самостоятельной сборки прибора
Модель несложно соорудить самостоятельно из подручных средств. Генератор Ван де Граафа, своими руками собранный, состоит из следующих составляющих:
- карандаша;
- обрезка трубы ПВХ;
- резинки;
- скрепки;
- фольги из алюминия;
- двигателя от игрушки;
- неработающей лампочки;
- сухих паст от ручки;
- батарейки на девять вольт;
- скотча;
- провода;
- дощечки.
Все элементы должны быть сухими, так же, как и воздух в помещении. В противном случае работать конструкция просто не будет или будет, но очень слабо.
Вот какой получится генератор Ван де Граафа. Фото ниже показывает, как должна выглядеть модель.
Как генератор делается самостоятельно
Сначала сверлят отверстие на дощечке, которая станет основанием конструкции. Сверло подбирают подходящего диаметра, форма - в виде пера. Затем на трубке проделывают два отверстия: сверху и снизу, для паст. Делают еще два отверстия: одно чуть выше верхнего, а второе — перпендикулярно нижнему.
Далее пасты нужно полностью очистить от чернил. Вырезают кусок, соответствующий внутреннему диаметру трубы. Берут скрепку, выпрямляют и отрезают кусок достаточной длины, чтобы он на сантиметр выступал из трубки.
Из скотча изготавливают диэлектрическую ленту. Резинку обклеивают так, чтобы обе стороны тоже были липкими.
Подготовленные элементы собирают.
Добавляют щетки, собирающие заряд. Внизу кисть проходит через отверстие, а кончик делают распушенным. Кисти должны находиться близко к резинке, но не касаться ее. Верхнюю продевают через отверстие наверху.
После этого при помощи фольги из алюминия обклеивают неработающую уже лампочку. К фольге крепится верхний провод. Лампу вставляют сверху конструкции.
Генератор Ван де Граафа учебный готов.
Опыты
Если к верхнему электроду прикрепить несколько нитей и приблизить руки, то они «встанут дыбом» и обовьют пальцы. Попробуйте провести опыты в темноте.
Чтобы получить более мощное напряжение, соединяют два генератора.
Хорошим вариантом для опытов станет лейденская банка.
Самым известным опытом является тот, при котором волосы становятся дыбом. Для этого нужно встать на деревянную доску или фанеру. Руку ставят на сферу (при этом генератор должен быть выключен, чтобы не ударило током). После включения прибора пройдет искра, в результате чего волосы встанут дыбом.
Генератор следует разряжать после каждого применения и работать с ним крайне осторожно, так как ток может стать смертельно опасным для человека.
В начале 70-х "Van Der Graaf Generator" входили в пятерку сильнейших британских прог-групп. Эта команда была создана в 1967 году тремя студентами Манчестерского Университета: Питером Хэммиллом (гитара, вокал), Ником Пирном (орган) и Крисом Джаджем Смитом (ударные, духовые). По предложению последнего из них коллектив взял себе название, обозначавшее машинку по производству статического электричества. Первые записи "VDGG" попали к представителям "Mercury Records", и фирма предложила музыкантам контракт, который почему-то подписал один Хэммилл . В 1968-м Пирна сменил Хью Бэнтон, а менеджером команды стал Тони Страттон-Смит. С помощью Тони в коллективе появился бас-гитарист Кит Ян Эллис, а спустя некоторое время за ударные уселся Гай Эванс.
Данный состав нарезал несколько демок для "Mercury", выпустил сингл "The People You Were Going To" и... распался. Поводом для роспуска группы послужили кража всего оборудования и непонятки с сольным контрактом Хэммилла . Тем не менее, когда Питер начал работать над первым альбомом, к нему вновь присоединились Бэнтон, Эванс и Эллис, и как-то так получилось, что "Mercury" выпустила пластинку под маркой "Van Der Graaf Generator".
В 1969 году Страттон-Смит организовал собственную фирму грамзаписи "Charisma Records" и первым делом пристроил на нее своих подопечных из "VDGG". Перед записью "The Least We Can Do Is Wave To Each Other" Эллиса, ушедшего в "Juicy Lucy ", сменил Ник Поттер, а, кроме того, в составе появился саксофонист Дэвид Джексон. Кадровые изменения повлияли и на музыку, и психоделические элементы уступили место мрачноватым джазово-классическим текстурам. "The Least We Can Do Is Wave To Each Other" был принят достаточно тепло, и группа приступила к работе над следующим (не менее успешным) альбомом. В самый разгар сессий "H To He Who Am The Only One" сбежал Поттер, однако это практически не отразилось на качестве пластинки. Басовые партии удачно сымитировал на своем органе Бэнтон, а дополнительные штрихи наложил гость из "King Crimson " Роберт Фрипп .
Состав группы, существовавший на тот момент, получил статус классического, что подтвердилось выпуском замечательного альбома "Pawn Hearts". Эта работа, на которой вновь появился Фрипп , рассматривается большинством поклонников "VDGG" лучшей в дискографии коллектива. Тем не менее, вскоре команда была распущена, а Хэммилл начал сольную карьеру. Расставание прошло в дружественной обстановке, поэтому впоследствии коллеги Питера время от времени участвовали в записи его альбомов.
В 1975 году классический квартет воссоединился и в течение 12 месяцев записал три новых диска. В отличие от первых альбомов, над которыми трудился Джон Энтони, эти работы вандерграафовцы продюсировали сами. После выхода "World Record" Бэнтон и Джексон подали в отставку, зато вернулся Поттер, а вместо Дэвида появился скрипач Грэхем Смит (экс-"String Driven Thing "). Название группы сократилось до "Van Der Graaf", а вместе с этим сократилась и продолжительность композиций, ставших более доступными. После выхода "The Quiet Zone/The Pleasure Dome" с участием виолончелиста Чарльза Дики был записан концертник "Vital". Когда пластинка увидела свет, группа уже вновь была распущена. Время от времени бывшие коллеги продолжали встречаться на сессиях и изредка давали совместные концерты.
Настоящий же реюнион состоялся в 2004 году, когда классический состав приступил к работе над новым студийным альбомом. Весной 2005-го вышел двойник "Present", и в его поддержку коллектив отыграл серию европейских концертов. На следующий год ряды "Van Der Graaf Generator" покинул Джексон, а в 2007-м на лейбле Хэммилла "Fie! Records" был выпущен концертник "Real Time" с записью выступления в "Royal Festival Hall".
Last update 31.03.07Иначе 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.
Это генератор высокого напряжения, механизм работы его базируется на электризации движущейся диэлектрической ленты. Впервые был создан в 1929 г. в США физиком Робертом Ван де Граафом и давал разность потенциалов до 80 Квольт. В 1931 он же разработал устройства, вырабатывающее 1 млн, а два года спустя – 7 млн вольт.
Известно, что при трении разных материалов друг об друга можно получить электрический заряд, который притягивать всякие мелкие бумажки, пыль и даже отклонять струю воды. Например, используем канализационную ПВХ-трубу и носок, работает не хуже знаменитой эбонитовой палочки. Любое вещество состоит из положительно заряженных ядер атомов и отрицательно заряженных электронов, которые вращаются вокруг них. Обычно в веществе положительного и отрицательного заряда поровну, поэтому суммарный равен нулю, такое тело не заряжено. Но когда носок касается трубы, то электроны переходят с носка на нее, потому что электроны лучше притягиваются к её молекулам.
Трение – это способ привести в контакт как можно больше молекул, поэтому во время эксперимента лучше еще нажимать на носок силой. Но не все осознают, что таким простым способом достигается напряжение в 1000 В, чтобы убедиться в этом, рекомендовано проделать эксперимент в абсолютной темноте, например, заперевшись в комнате без окон. И пронаблюдать вспышки разрядов, возникающие при трении носка об трубу.
Генератор Ван де Граафа тоже получает заряд за счет соприкосновения двух материалов друг с другом, однако он умеет получать куда большее напряжение. При устроен он довольно просто. В нижней части генератора закреплен двигатель, он нужен, чтобы вращать специальную ленту, на оси двигателя нужно закрепить что-то, что при соприкосновении заряжать ленту. Перепробовали целую кучу материалов надевать на ось, а также несколько вариантов лент. В качестве ленты лучше всего работал медицинский бинт Мартенса, а на ось в итоге надели кусочки все той же ПВХ-трубы, которая хорошо притягивает электроны, заряжаясь отрицательно. А положительно зарядившаяся лента, вращаясь, несет свой заряд наверх, и он накапливаться на металлическом шаре все больше и больше. Если хочется, чтобы шар стал не плюсом, а минусом, просто просовываем свои пальцы в трубу, кожа при трении отдает электроны. Напряжение на шаре накапливается действительно большое, судя по размеру пробивающих молний 100000 В набирается. Крутые генераторы, созданные по технологии Ван де Граафа, умеют получать миллионы вольт и используют в физике, чтобы ускорять частицы до больших энергий.
Почему лента всегда только приносит заряд на шар, и никогда его оттуда не уносит? Чтобы ответить на вопрос, нужно разобраться в одном важном свойстве проводников, ведь шар в отличие от ленты специально сделан из металла, хорошо проводящего материала. Объяснение для обывателя, прошаренные чуваки сами прочитают про теорему Гаусса и экранировку.
Предположим, есть кусок металла, и внутрь него каким-то образом попал заряд, пусть это кучка отрицательных электронов, однако, если это металл, то не пройдет и доли секунды, как там уже не будет, потому что это кучка электронов, они все друг от друга отталкиваются. Быстро весь избыточный заряд окажется размазанным по внешней стенке металла очень-очень тонким слоем, т.е. всегда скапливается на внешней поверхности проводников. Поэтому лента и не может взять заряд с шара, внутри его просто нет. Это и есть основной принцип работы генератора изобретателя Ван де Граафа. Вся фишка в том, что подносим ленту изнутри шара, а не снаружи.
Шар сделали из двух салатниц, купленных в Икея. Внутри втулка из велосипеда, на которой держится, свободно вращаясь, лента. Заряд с ленты на шар попадает либо через втулку, либо с помощью дополнительного провода, поднесенного максимально близко к ленте. В конце он разделен на множество мелких острых проводников. Дело в том, что через воздух на острие намного лучше стекает заряд. Половник, в который бьет молния, заземлен через корпус самодельного генератора.
