van de Graaff-generator

En ung kvinde er i kontakt med en opladet terminal fra en van de Graaff-generator. Hendes hår oplades med samme spænding og frastøder hinanden, således at de stritter ud fra hovedet til alle sider.
.
Licens: 82-25 DOE Photo by Frank Hoffman

Van de Graaff-generatoren er en elektrostatisk generator til at frembringe højspænding. Den er baseret på transport af elektriske ladninger fra en strømkilde til en (højspændings)terminal, ofte udformet som en hul kugle.

Moderne van de Graaff-generatorer kan frembringe spændinger på op til flere millioner volt i luft og op til 25 millioner volt, hvis de er anbragt i en beholder fyldt med en isolerende luftart under tryk. Mindre bordmodeller, for eksempel til undervisningsbrug, kan frembringe spændinger på omkring 100.000 volt, hvilket er nok til at generere synlige gnister i luft. Van de Graaff-generatorer har været brugt til at accelerere partikler og atomkerner til høje hastigheder og energier til brug i videnskabelige forsøg.

Virkemåde

Lille van de Graaff generator til undervisningsbrug.
Lille van de Graaff-generator til undervisningsbrug. Den store aflange terminal oplades ved hjælp af et isolerende bælte, der transporterer ladninger. Hvis ladningen, og derved spændingsforskellen, er tilpas høj, kan luften ioniseres, og der springer gnister (små lyn) mellem den store terminal og den lille kugle.
Lille van de Graaff generator til undervisningsbrug.
Af .
Licens: Begrænset anvendelse

Generatoren virker ved, at et isolerende bælte, for eksempel et gummieret lærred, påsprøjtes elektrisk ladning (i form af elektroner) ved jordpotential (0 volt) fra en spændingskilde. Bæltet fungerer som et transportbånd, der fører ladningerne op i en hul højspændingsterminal. Her skraber en metalkost ladningen af bæltet, hvorefter den fordeler sig på ydersiden af terminalen. Hvis bæltet drives af en motor, kan man overføre store ladninger til terminalen. Generatoren kan frembringe spændinger på op til 5 MV i luft, men gnistudladning og ionisering af luften nær terminalen (corona) begrænser spændingen, der kan opnås. Ved at anbringe generatoren i en tryktank fyldt med en isolerende luftart kan væsentlig højere spændinger (op mod 25 MV) opnås.

Opfinder

Van de Graaff-generatoren blev udviklet over flere år af den amerikanske fysiker Robert Jemison van de Graaff (1901-1967) begyndende i 1927 ved Princeton Universitetet i USA. I 1931 opnåede han en spænding på 1.5 millioner volt.

Anvendelse som accelerator

Van de Graaff-generatoren kan benyttes til at frembringe højspænding til at accelerere partikler og ioner til videnskabelige forsøg. I den enkle van de Graaff-accelerator oplades den ene ende af acceleratoren, hvorved helt eller delvis ioniserede atomer der slippes ind i den ene ende af acceleratoren, og som bevæger sig i et lufttomt rør, får tilført energi og accelereres til høje hastigheder. Niels Bohr Institutet i København installerede en van de Graaff baseret accelerator i 1953, der bl.a. bidrog til at verificere Aage Bohr og Ben Mottelsons teori om deformerede atomkerner.

I tandemacceleratorer oplader en van de Graaff-generator en central elektrode i midten af en cylindrisk tryktank fyld med isolerende SF6 -gas til adskillige millioner volt. Negativt ladede ioner (for eksempel atomkerner, der har fået tilført en ekstra elektron), som slippes ind i den ene ende af maskinen, accelereres mod terminalen halvvejs igennem maskinen. Her rives ('strippes') flere elektroner af ved passage af et tyndt kulstof-folie, og den høje accelerationsspænding udnyttes på ny på ionerne, der nu har højere ladning, igennem den anden halvdel af acceleratoren.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig

Fagansvarlig for Eksperimentelle metoder i kerne- og partikelfysik

Jens Jørgen Gaardhøje
Professor, dr.scient., Københavns Universitet