к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Э  Ю  Я  

Электростатический генератор
Электростатический генератор - устройство, в к-ром высокое постоянное напряжение (до нескольких MB) создаётся при помощи механич. переноса электроста-тич. зарядов. Цикл работы Э. г. можно представить диаграммой (рис. 1). На нек-рую ёмкость C1, состоящую из подвижного и неподвижного электродов, при первичном напряжении U1 подаётся заряд q1 = C1U1 (точка А на диаграмме). При переметении подвижного электрода ёмкость уменьшается, и при нек-ром значении C2 потенциал возрастёт до U2=U1C1/C2 (точка В). При этом потенциале U2 движущийся электрод соединяется с высоковольтной системой, и при дальнейшем уменьшении ёмкости до величины C3 (точка D)высоковольтной системе отдаётся заряд (q1 - q2) = (C2- C3) U2. Затем подвижный электрод отсоединяется от высоковольтной системы и начинает перемещаться к неподвижному заземлённому электроду (при постоянном заряде q2 = C3U2); ёмкость растёт и при нек-ром значении C4 потенциал электрода уменьшится до U1 (точка E). В этот момент электрод соединяют с источником первичного напряжения U1, и при дальнейшем увеличении ёмкости заряд растёт; когда ёмкость достигнет первонач. величины C1, на электрод переходит заряд (q1 -  q2)=(C1 - C4) U1. В результате такого цикла кол-во электричества (q1- q2)переходит от первичной системы с потенциалом U1 к высоковольтной системе с потенциалом U2. Сила тока I = (q1- q2)/Dt, где Dt - время цикла (при холостом ходе и в отсутствие утечек, q1-q2 = 0, напряжение высоковольтной системы определяется значениями мин. ёмкости C3 и Um = C1U1/C3). Энергия, получаемая высоковольтной системой, складывается из электрич. энергии, сообщаемой первичной (низковольтной) системой W1=(q1- q2)U1 (возбуждение), и механич. работы W=(q1- q2)(U2- U1), затрачиваемой при перемещении заряда. Если C2<<C1, то U2>>U1 и W>>W1, т. е. практически вся энергия получается за счёт затрачиваемой механич. работы.

 
Рис. 1. Диаграмма цикла работы электростатического генератора.

Существует много типов электростатических генераторов, отличающихся способом транспортировки зарядов: Э. г. с жёсткими роторами в виде цилиндров или дисков; электростатические генераторы с гибкими лентами (генератор Ван-де-Граафа); электростатические генераторы с пылевым или жидкостным транспортёром и др. В работе Э. г. существ. значение имеют электроизолирующие свойства среды. Первые конструкции Э. г. (30-е гг.) работали в открытом воздухе при обычном атм. давлении. Для уменьшения габаритов большинство совр. электростатический генератор работает в сжатом газе.

У электростатического генератора с диэлектрич. транспортёром нанесение и съём зарядов производятся непрерывно системой коронирую-щих острий или щёток (рис. 2). Переносимый транспортёром ток равен i = sbu, где s -поверхностная плотность зарядов; b - ширина транспортёра; u - его линейная скорость.

Если у высоковольтного электрода на транспортёр наносятся заряды обратной полярности, то переносимый ток увеличивается в 2 раза. Плотность зарядов s ограничивается возникновением поверхностных разрядов и обычно составляет (3-4)·10-9 Кл/см2, при этом переносимый ток i не превышает 1 мА.

Рис. 2. Схема генератора Ван-де-Граафа с диэлектрическим транспортёром зарядов: 1 - транспортёр; 2-устройства для нанесения и съёма зарядов; 3-валы транспортёра; 4 - высоковольтный электрод.

У транспортёра с проводящими зарядоносителями заряды наносятся на их поверхность в поле индуктора (рис. 3) и передаются высоковольтному электроду дискретными порциями. Переносимый транспортёром ток равен i = qN, где q - заряд токоносителей; N-число зарядоносителей, касающихся высоковольтного электрода за 1 с. Пульсации напряжения генератора, вызываемые дискретным переносом зарядов, весьма малы. Транспортёр из цилиндров (пеллетрон) передаёт ток ок. 0,1 мА, транспортёр из стержней (ладдетрон) - 0,5 мА (при скорости перемещения носителей ок. 10 м/с). Возможно параллельное включение неск. транспортёров.

 
Рис. 3. Устройство транспортёра с проводящими зарядоносителями: 1 - шкив транспортёра: 2-зарядоносители; 3 - изоляторы; 4 - индуктор. 

Транспортёры с проводящими зарядоносителями более надёжны по сравнению с диэлектрическими, могут работать в чистых электроотрицат. газах и не загрязняют изолирующий газ пылью. В качестве газовой изоляции используют азот, углекислоту или их смеси, для увеличения эяектрич. прочности изоляции применяют также эле-газ SF6, фреон или их смесь с азотом и углекислотой.

Напряжение на выходе Э. г. пропорционально сопротивлению его нагрузки и току транспортёра (рис. 4). Регулировать и стабилизировать его можно, изменяя ток в цепи нагрузки (напр., при помощи коронирующего электрода; рис. 5) или плотность наносимых на транспортёр зарядов. В первом случае постоянная времени регулятора составляет неск. мс, во втором - десятые доли секунды. Диапазон напряжений, развиваемых Э. г., в зависимости от типа составляет от неск. десятков кВ до 10 мВ и более. Э. г. используются как непосредственно в виде источников высокого напряжения, когда не требуются значит. мощности, так и в сочетании с ускорит. трубками в электростатич. ускорителях заряж. частиц (ускорители прямого действия, инжекторы, предускорители для циклич. и линейных ускорителей и т. д.).

Рис. 4. Зависимость напряжения электростатического генератора от сопротивления нагрузки и тока, переносимого его транспортёром.

Рис. 5. Схема регулирования электростатического генератора с коронирующим электродом: 1- коронирующие острия; 2 -изолятор; 3-регулирующий триод; 4-высоковольтный электрод генератора; 5 - сосуд высокого давления.

Литература по 

1. Гохберг Б. M., Яньков Г. Б., Электростатические З-скорители заряженных частиц, M., 1960; Электростатические ускорители заряженных частиц. Сб., под ред. А. К. Вальтера, M., 1963.

Б. M. Гохберг, M. П. Свиньин.

к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ