Amerikalı fizikçi Robert Jemison Van de Graaff, parçacık hızlandırıcılı yüksek voltajlı elektrostatik jeneratörün mucididir. 20 Kasım 1901 yılında Alabama’da doğan Van de Graaff, öğrenim hayatına yine Alabama’da başladı. Mühendislik eğitimi olan Van de Graaff, Oxford ve Sorbonne üniversitelerinde fizik üzerine doktora yaptı. Princeton üniversitesinde Ulusal araştırma görevlisi olarak 80.000 Volt'ta çalışan ilk jeneratörünü geliştirdi. Bu çalışmasıyla bilim dünyasında kendine yer edinmeyi başardı. 1931 yılında MIT'ye geçerek çalışmalarına burada devam etti. Nükleer fizik alanında yüksek hızlı elektronların ve nükleer partiküllerin kontrolü üzerine çalışmalarda bulundu. 1934 yılında doçent olan Van de Graaff, Elliott Cresson Madalyası ile ödüllendirildi.
 

Robert Jemison Van de Graaff

Van de Graaff ve John G. Trump tümörlerin teşhisi için X-ray ışınlarının yoğun üretimini sağlamak için yüksek voltajlı jeneratör geliştirmişledir. Bu çalışmalar sonucu 1937 yılında Boston da bir hastanede X-ray cihazında jeneratörü kullanılmaya başlandı. II. Dünya savaşı zamanında MIT Yüksek Gerilim Radyografik Projesi direktörü oldu.
 

MIT üniversitesinden istifa ederek John G. Trump ile şirket kurdular. Endüstriyel işlemlere uygun, trafo ile mümkün olmayan yüksek gerilim üreten jeneratör tasarladı. Van de Graaff, 65 yaşında Boston’da öldü. 

 

Elektrostatik Jeneratör Nasıl Çalışır?
 

Elektrostatik jeneratör, statik elektrik ile yüksek gerilim üreten elektromekanik bir cihazdır. Statik elektrik ile ilgili bilgiler çok eskiden beri bilinmektedir ve o dönemin şartları ile pek çok konuya açıklık getirememişlerdir. 17. yy sonlarına doğru pratik bir statik elektrik üreteci geliştirildi. Bu makinaların geliştirilmesi 18. yy’a kadar devam etti. Elektrostatik jeneratörler, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürerek çalışır. 

 

Wimshurst Makinası 
 

İngiliz mucit James Wimshurst, 1878 yılında elektrostatik jeneratör üzerine çalışmalara başladı. Diğer makinalara göre verimli olan Wimshurst makinası, oldukça basit bir makinadır. Statik elektrik oluşturmak için etki yoluyla yükler indüklenir. Wimshurst makinası, karşılıklı duran, yalıtımlı, üzerinde metal plakaların olduğu diskler zıt yönlü olarak döndürülür. Metal kısımlarda bulunan fırçalar karşılıklı olarak denk geldiği zaman yük indüklemesi meydana gelir. Bu işlem uzun süre yapılarak şarj işlemi gerçekleştirilir. Mekanik bir enerji kullanılarak çevrilen makine kuru ortamlarda yüksek kapasitede çalışırlar. Makinanın yük dağılımını, disk üzerinde bulunan metal plakaların alanları ve çevirme hızına bağlı olarak değişir. Plakalar üzerindeki fırçalara bağlı leyden kavanozları karşılıklı konularak kıvılcım oluşumu gözlenebilir. 

 

 

 

Wimshurst Makinası

 

Modern Elektrostatik Jeneratör
 

20. yy başlarında yüksek gerilim üretimine ihtiyaç duyulmaya başladı. Van de Graaff 1929 yılında bir jeneratör geliştirmeye başladı. İlk modelini Ekim 1929 yılında tanıttı. Temel fikir olarak içi boş bir kürenin içine elektrik motoruna bağlı bir bant yardımıyla elektrik yüklerini taşıyarak yüksek gerilim oluşturmaktır. Yükler potansiyelin yüksek olduğu dış yüzeye doğru hareket ederek hızlanmaya başlar ve kürenin içinde bir elektrik alan ihmal edilecek kadar düşük seviyededir. Bu fikir yeni değildi ama Van de Graaff elektrik yüklerini oluşturmak için DC güç kaynağı kullandı. Yalıtkan bant üzerine güç kaynağından alınan yükler kürenin içinde bulunan elektroda doğru sürekli olarak taşınır. Pozitif yükler elektroda aktarılır. Negatif yükler ise banda aktarılarak altta bulunan elektroda iletilir. Bu elektrot ya toprağa çekilir ya da metal bir çubuğa yüklenir. Bu çubuk pozitif küreye yaklaştırılırsa kıvılcım oluşumu gözlenir. İlk üretilen jeneratörde elektrik yüklerini taşımak için ipek bir kayış kullanıldı. Sonraki uygulamalarda yalıtkan kayışlar kullanılmaya başlandı. 1931 yılında Van de Graaff, 1.000.000 Volt üreterek bir patent bile aldı. Kürenin içine freon veya sülfür heksaflorid gazları eklenerek yüksek voltajlar elde edilebilir.

  

 

Van de Graaff Jeneratörü

 

Van de Graaff jeneratörleri nükleer fizik deneylerinde atomları hızlandırmak için kullanılmaktadır. Artan potansiyel farktan ötürü elektrik iyonları yeterli hıza ulaşarak reaksiyonları başlatmak için gerekli enerjiyi elde etmiş olur. Van de Graaff’a göre hızlanan parçacıların hızı 30 MeV (megaelectron volts) ile sınırlıdır. Elektrostatik makinalar yüksek gerilim alanlarında ve güvenliği sağlanmış, küçük boyutlarda üretilerek fen laboratuvarlarında birkaç cm uzunluğunda kıvılcımlar gözlenebilir. Sağlık kuruluşlarında, röntgen cihazlarında ve sterilizasyon uygulamalarında yoğun olarak kullanılmaktadır. 

 

Kaynak:

►encyclopedia.com
►wikipedia