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Robert Van de Graff, cuyo generador electrostático sentó a muchos la curiosidad por la ciencia

Robert Van de Graff20 de diciembre de 1901, en Tuscaloosa, Alabama (Estados Unidos) – 16 de enero de 1967, en Boston (Estados Unidos)

Robert Jemison Van de Graaff obtuvo su licenciatura y maestría en Física en la Universidad de Alabama, estudió unos años en la Universidad de la Sorbona (París, Francia) y se doctoró en Filosofía, en 1928, en la Universidad de Oxford (Inglaterra), con una beca Rhodes, bajo la supervisión de John Sealy Townsend (gran físico matemático que estudió sobre la conducción eléctrica de gases y midió directamente la carga eléctrica).

A su regreso a los Estados Unidos trabajó primero en la Universidad de Princeton y, después, en 1931, pasó a formar parte de la plantilla del prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) como becario de investigación. En 1934, se convirtió en profesor asociado hasta que se jubiló en 1960.

Sus investigaciones se centraban en la física nuclear e inventó generadores electrostáticos (que llevan su nombre) que producían altos voltajes para el estudio de las partículas atómicas. El primer diseño, en 1929, producía 80.000 voltios, pero con sucesivas modificaciones, en 1933, logró un generador más grande que generaba 7 millones de voltios.

En 1936, fue galardonado con la Medalla Elliot Cresson.

Durante la II Guerra Mundial, fue director del Proyecto Radiográfico de Alta Tensión y, tras finalizada la misma, cofundó la High Voltage Engineering Corporation (HVEC) con John G. Trump (conocido por el desarrollo de la radioterapia).

En la década de 1950, inventó el transformador de núcleo aislante, que producía corriente continua de alto voltaje, y la tecnología de generadores en tándem.

En 1965, le fue concedido el premio T. Bonner por la American Physical Society por el desarrollo de los aceleradores electrostáticos.

Generador de Van de Graaff

Generador de Van de GraaffUtiliza una correa aislante motorizada, generalmente hecha de caucho, para conducir cargas eléctricas desde una fuente de alta tensión en un extremo de la correa hasta el interior de una esfera de metal en el otro extremo. Dado que la carga eléctrica reside en el exterior de la esfera, se acumula para producir un potencial eléctrico mucho mayor que el de la fuente primaria de alta tensión.

Tiene limitaciones prácticas en el potencial producido por estos generadores a aproximadamente 7 millones de voltios. No obstante, con generadores en tándem, que son esencialmente dos generadores en serie, se pueden llegar a producir alrededor de 15 millones de voltios.

Se utilizan principalmente como fuentes de alimentación de corriente continua para aceleradores de partículas atómicas lineales utilizados para experimentos de física nuclear.

Descarga en el generador de Van de GraaffPor la simplicidad de su diseño y su fundamento teórico, son construidos, a pequeña escala, por aficionados y empresas para demostrar los efectos de los altos potenciales de la corriente continuas ya que incluso estas pequeñas máquinas producen unas impresionantes chispas de varios centímetros de largo.

El generador con aislamiento de aire más grande del mundo fue construido por el propio Van de Graaff y está en funcionamiento en el Museo de Ciencias de Boston.

Los generadores de Van de Graaff más modernos están aislados por gas dieléctrico presurizado (freón o hexafluoruro de azufre).

Durante los últimos años, su diseño ha evolucionado y los generadores han sido sustituidos lentamente por fuentes de alimentación de corriente continua en estado sólido sin partes móviles.

Aceleradores de partículas o atómicos de Van de Graff

Acelerador de Van de GraaffSon dispositivos utilizados para aumentar la velocidad de las partículas subatómicas, como son los protones, electrones y positrones.

El diseño de Van de Graaff está formado por alto un cilindro metálico con una cúpula metálica hueca en su extremo superior. Por el centro de éste, pasa una cinta transportadora de seda desplaza cargas positivas reunidas de una fuente de alto voltaje hasta la parte superior del cilindro, en donde se depositan sobre la parte superior de la cúpula. Cuanto más larga es la cinta, más cargas positivas se acumulan.

En un momento dado, las cargas acumuladas sobre la cúpula hueca son tan elevadas que salta una descarga eléctrica desde la cúpula hasta la barra metálica situada cerca del dispositivo, expulsando así las cargas de la cúpula.

Para convertir este acelerador en un acelerador de partículas, sólo es necesario instalar un tipo de objetivo en la barra metálica y cuando la descarga eléctrica la golpee, bombardeará el blanco, cuyos átomos se separará debido al haz de electricidad de carga positiva. La velocidad de la descarga desde la cúpula hasta el blanco aumentará desde cero hasta más de 160.000 km/s en el espacio que hay entre ambos puntos.

Los aceleradores lineales (linear Accelerator, linacs) funcionan con el mismo principio, excepto por le hecho de que una partícula es expuesta a una serie de campos eléctricos, cada uno de los cuales aumenta su velocidad.

Inicialmente podía producir una acumulación de carga con una energía de 80.000 voltios, aunque posteriores mejoras elevaron este valor a 5 millones de voltios.

En un principio estaban ideados para estudiar la estructura básica del a materia, sin embargo, posteriormente se descubrieron varias aplicaciones prácticas.

Los aceleradores más modernos emplean distintas tecnologías y producen energías mucho mayores, por lo que los aceleradores de Van de Graaff prácticamente están obsoletos ya que únicamente se utilizan, y solo hasta cierto punto, para investigación de estudiantes graduados en colegios y universidades o como fuentes de iones para explosiones de alta energía.