Электростатический генератор. 
Ядерная физика

Простейшая по идее установка для получения быстрых частиц — электростатический генератор, изобретенный Р. Ван-де-Граафом (1929 г.). В генераторах заряженные частицы увеличивают энергию в постоянных или квазипостоянных (не меняющихся за время, в течение которого частицы набирают энергию) электрических полях. Энергия, приобретаемая частицами, равна их заряду, умноженному на пройденную разность потенциалов. Максимально достижимая энергия частиц определяется наибольшей разностью потенциалов, которую можно создать без пробоя.

Высокая разность потенциалов (от 2 до 20 МВ) в электростатическом генераторе Ван-де-Граафа (рис. 15.1) создаётся с помощью быстро движущейся ленты, изготовленной из изолирующего материала (резины). В низковольтной части установки на ленту наносится электрический заряд, который стекает с металлических игл, заряжаемых от источника постоянного напряжения (10−20 кВ). Движущаяся лента переносит этот заряд в высоковольтную часть, расположенную внутри металлической сферы. Там заряд снимается с ленты с помощью таких же игл, перетекая по ним к поверхности сферы.

Из внутренней полости сферы выходит многосекционная вакуумированная ускорительная трубка, в которой и происходит разгон частиц. Она состоит из нескольких стеклянных или фарфоровых секций. Между электродами, расположенными у ее торцов, создается ускоряющая разность потенциалов. Электрическое поле, направленное вдоль оси трубки, выравнивается металлическими разделительными кольцами, соединенными с делителем напряжения. Последний электрод трубки находится при потенциале земли.

Потенциал сферы и оборудования, заключенного внутри нее (источник ионов,¹ высоковольтный электрод трубки) по мере поступления зарядов непрерывно увеличивается и офаничивается только пробоем. Чтобы повысить напряжение пробоя, внутрь кожуха генератора иод высоким давлением нагнетается тщательно высушенная газовая смесь (обычно N₂ с примесью SF₆).

Недостатком генератора Ван-деГраафа является жесткое ограничение по энергии ускоряемых частиц. Однако его важнейшие преимущества — высокая монохроматичность пучка, легкость регулирования энергии и возможность получения больших токов (для протонов — до 500 мкА).

Рис. 15.1. Генератор Ван-де-Граафа Простым приемом эффективное

напряжение генератора Ван-де-Граафа удается повысить вдвое. Для этого применяются две ускорительные трубки, одна из которых расположена на продолжении другой. Высоковольтный электрод (положительный) установлен между ними; там же помещается тонкая металлическая фольга. Источник ионов и выпускное отверстие находятся при потенциале земли. В первой трубке ускоряются отрицательные ионы, а во второй, после обдирки фольгой двух (или более) электронов — положительные ионы. Такие устройства называют перезарядными ускорителями, или тандем-генераторами. Они позволяют без пробоя получать удвоенные (а при более глубокой обдирке и более высокие) значения энергии.