§ 23. Генератор Ван-де-Граафа

В 1929 г. Ван-де-Грааф предложил конструкцию электростатического генератора, основывающегося на том, что избыточные заряды рас­полагаются по внешней поверх­ности проводника. Схема такого генератора показана на рис. 49. Полый металлический шар, на­зываемый кондуктором, устанав­ливается на изолирующей ко­лонне. Внутрь шара введена на­детая на валики бесконечная движущаяся лент-а из шелка или прорезиненной ткани. У ос­нования колонны вблизи ленты установлена гребенка из остриев, с которых стекает на ленту за­ряд, возбуждаемый генератором напряжения [ГН) на несколь­ко десятков киловольт. Внутри кондуктора установлена вторая гребенка,    на    острия которой

переходит заряд с ленты. Эта гребенка соединена с кондуктором, так что снятый с ленты заряд сразу же переходит на его внешнюю поверхность. По мере на­капливания на кондукторе зарядов потенциал его рас-

тет, пока утечка заряда не станет равна подводимому заряду. Утечка происходит в основном за счет иониза­ции газа вблизи поверхности кондуктора (возникаю­щее вследствие этого прохождение тока через газ на­зывается коронным разрядом или просто коронирова-нием; см. § 91). Чтобы уменьшить коронирование, по­верхность кондуктора тщательно шлифуют (вспомним, что напряженность поля вблизи выступов бывает больше).

Напряженность поля, при которой возникает разряд в воздухе при атмосферном давлении, составляет при­мерно 30 кв/см. Такая напряженность достигается вбли­зи поверхности шара тем быстрее, чем меньше его ра­диус [см. формулу (16.24)]. Поэтому для получения больших разностей потенциалов приходится делать кон­дуктор больших размеров (до 10 м в диаметре). Элек­трическая прочность газа (т. е. напряженность поля, при которой начинается разряд) возрастает с повыше­нием ■ давления. Поэтому удается заметно уменьшить размеры генератора, помещая его в атмосферу сжа­того газа. Генератор целиком монтируют в баке, кото-рый заполняют газом (азотом или имеющим повышен­ную электрическую прочность фреоном1)) под давле­нием порядка 10 от. Предельная разность потенциалов, которую можно практически получить с помощью ге­нератора Ван-деТраафа, составляет около 107 в.

Генератор Ван-деТраафа используется для ускоре­ния заряженных частиц в опытах по исследованию атомного ядра. Ускорение частиц осуществляется в раз­рядной трубке (РТ), к электродам которой приклады­вается разность потенциалов, получаемая на генера­торе. Иногда генератор Ван-де-Траафа строят в виде двух одинаковых расположенных рядом колонн, кон­дукторы которых заряжаются разноименно. В этом слу­чае разрядная трубка включается между кондукторами.