BANDGENERATOR

Bandgenerator,

 

Van-de-Graaff-Generator ['vændəgræf-], von dem amerikanischen Physiker R. J. Van de Graaff 1931 entwickeltes Gerät zur Erzeugung elektrischer Hochspannung (Gleichspannung) bis zu einigen Megavolt (MV) bei Leistungen bis zu mehreren kW. Der Bandgenerator stellt eine Weiterentwicklung der früher viel verwendeten Influenzmaschine dar: Ein breites Endlosband aus biegsamem Isoliermaterial läuft mit etwa 50 Umläufen pro Sekunde über zwei mehrere Meter voneinander entfernte Metallwalzen, von denen sich die eine auf Erdpotenzial, die andere im Innern einer gut isolierten metallischen Hohlkugel (Konduktor) befindet. Das Band nimmt durch Kontakt mit einem Stahlbesen, der mit einer Spannungsquelle von einigen 10 000 V verbunden ist, oder durch Spitzenentladungen von einem Spitzenkamm elektrische Ladung auf und transportiert diese kontinuierlich gegen das elektrische Feld in die Kugel, wo sie durch einen zweiten Stahlbesen abgenommen wird und sich auf der äußeren Kugeloberfläche verteilt.Die Aufladung der Kugel und damit ihre Spannung gegen Erde steigt so lange, bis eine (einstellbare) Koronaentladung der vom Band beförderten Ladungsmenge das Gleichgewicht hält. Bei einer Spannung von 3 MV können etwa 1 bis 2 mA Strom mit dem Band befördert werden. Um Spannungen über 1 MV zu erzielen, wird der Bandgenerator zur Vermeidung von Funkenüberschlägen in einen Druckkessel eingebaut, dessen Füllgas die Durchschlagsspannung auf bis zu etwa 10 MV erhöht. Kleinstausführungen werden auch als Hochspannungsquelle für den Unterricht hergestellt.

 

Der Bandgenerator wird v. a. in der Kernphysik zur elektrostatischen Beschleunigung geladener Teilchen beim Studium von Kernreaktionen und der Struktur von Atomkernen benutzt. Dazu wird der Bandgenerator durch ein isoliertes, auf Hochvakuum evakuiertes Metallrohr und eine Ionenquelle zu einem Bandbeschleuniger (Van-de-Graaff-Beschleuniger) ergänzt. Die in der Ionenquelle durch eine Gasentladung gebildeten Ionen oder Atomkerne gelangen durch eine Öffnung in das Beschleunigerrohr, in dem das vom Hochspannungsteil des Bandgenerators erzeugte elektrische Feld herrscht und zugleich fokussierend auf den Ionenstrahl wirkt. Nach Durchlaufen des Beschleunigungrohres haben die Teilchen eine Energie, die der Spannung der Halbkugel entspricht, z. B. 3 MeV bei einer Spannung von 3 MV. Eine moderne Abwandlung des Bandgenerators ist der Tandembandgenerator (Tandemgenerator), bei dem die erzeugte Spannung zweifach zur Beschleunigung genutzt wird.