Ускорители заряженных частиц — это установки для получения пучков электронов, протонов и ионов высоких энергий. Ускорение частиц происходит за счет их взаимодействия с электростатическими или электромагнитными полями. В медицине ускорители заряженных частиц используют для лучевой терапии и в радиобиологических исследованиях. В зависимости от способа ускорения ускорители заряженных частиц делят на электростатические (например, генератор Ван-де-Граафа), линейные резонансные, индукционные (см. Бетатрон) и циклические (циклотрон).
В электростатическом генераторе Ван-де-Граафа высокое напряжение создается за счет накопления на поверхности полой проводящей сферы электрического заряда, который подается на нее от электрического генератора с помощью движущейся бесконечной ленты. Ускорение заряженных частиц происходит в вакуумной трубе.
Роберт Ванн де Грааф во время демонстрации своего генератора в 1922 г
Электростатический генератор (Ван-де-Граафа) — ускоритель заряженных частиц. Состоит из источника высокого напряжения (собственно электростатический генератор) и ускорительной трубки. Первая удачная конструкция подобной установки была предложена в 1929 г. Ван-де-Граафом (R. J. Van de Graaff). Принцип действия электростатического генератора заключается в следующем.
Электрические заряды от генератора наносятся на диэлектрическую движущуюся ленту.
С этой ленты заряды переносятся системой щеток на внутреннюю поверхность полой металлической изолированной сферы — кондуктора (рис.). Таким образом, на сферу может быть перенесен достаточно большой заряд, максимальная величина которого определяется возникновением разряда с нее во внешнее пространство. С увеличением размеров сферы напряжение повышается. В настоящее время для увеличения напряжения при минимальных размерах установки электростатический генератор помещают в бак с газом, имеющим высокую электрическую прочность (азот, фреон, углекислый газ), под давлением до 20 атм.
Электростатический генератор может быть использован для ускорения как электронов (см.), так и тяжелых частиц — протонов (см.). Предельная энергия ускоренных частиц достигает 10 Мэв. Электростатические генераторы нашли широкое применение в физике, технике и медицине. В медицине используются электростатические генераторы с электронным пучком (см. Электронное излучение) как источник жесткого тормозного излучения (см.), возникающего при попадании электронов высокой энергии на мишень из тяжелого элемента. См. также Ускорители заряженных частиц.
Электростатический генератор Ван-де-Граафа:
1 — высоковольтный электрод (кондуктор);
2 — ионный или электронный источник;
3 — многосекционная ускорительная трубка;
4 — изолирующая колонка;
5 — система дефокусировки электронного луча;
6 — тонкая алюминиевая фольга;
7 — конвейер;
8 и 10 — зарядные и съемные острия;
9 — двигающаяся «бесконечная» лента.