वान डे ग्राफ जनित्र

सन् 1929 में राबर्ट जे ० वान डे ग्राफ द्वारा डिजाइन की गयी यह एक ऐसी मशीन है जिसके द्वारा कुछ मिलियन वोल्ट की कोटि की अति उच्च वोल्टता ( -10 वोल्ट ) उत्पन्न की जा सकती है । इन वोल्टताओं का उपयोग आवेशित कणो ( जैसे — इलेक्ट्रॉन , प्रोटॉन , डयूट्रॉन , आयन ) को त्वरित करके उनकी ऊर्जा बढ़ाने में किया जाता है । उच्च ऊर्जा वाले आवेशित कणों का उपयोग नाभिकीय अभिक्रियाओं में लघुस्तरीय द्रव्य की संरचना के परीक्षण के लिये किये जाने वाले प्रयोगों में तथा चिकित्सा के क्षेत्र में किया जाता है ।

सिद्धान्त ( Principle ) – इस मशीन की कार्यविधि मुख्यत : निम्न तथ्यों पर आधारित है

1. खोखले गोलीय चालक को दिया गया आवेश उसके बाहरी पृष्ठ पर एकसमान रूप से वितरित हो जाता है ।

2. किसी खोखले गोलीय चालक के भीतर छोटा आवेशित गोलीय चालक रखकर दोनों को सुचालक तार द्वारा जोड़ देने पर भीतरी चालक का समस्त आवेश बाहरी चालक के पृष्ठ पर आ जाता है ।

3. आवेशित चालक के नुकीले भागों पर आवेश घनत्व उच्च होता है तथा चालक पर आवेश की मात्रा पर्याप्त होने पर नुकीले भाग से आवेश का कोरोना विसर्जन होता है ।

रचना ( Construction ) – वान डे ग्राफ जनित्र का डिजाइन चित्र में प्रदर्शित है । इसमें एक विशाल खोखला धातु का गोला S ( जिसकी त्रिज्या कई मीटर होती है ) एक विद्युतरोधी स्तम्भ पर उचित ऊँचाई पर रखा होता है जिससे यह पृथ्वी से पृथक्कृत रहता है । गोले के केन्द्र पर एक घिरनी P तथा नीचे फर्श के पास दूसरी घिरनी P , लगी होती है । दोनो घिरनियों से होकर एक लम्बा , पतला , विद्युतरोधी पदार्थ ( जैसे रेशम अथवा रबड़ ) का पट्टा गुजरता है ।

इस पट्टे को निचली घिरनी P , से जुड़े मोटर द्वारा निरन्तर घुमाया जाता है । कंघी के आकार के दो चालक C व C2 , जिनमे धातु की अनेक सुईं निकली होती हैं घिरनियों के पास लगे होते हैं । इनके नुकीले सिरे पट्टे की ओर होते हैं ।

कंघी C , उच्च विभव सप्लाई ( H.T. ) से जुड़ी होती है जिसका दूसरा सिरा भूसंपर्कित होता है । यह कंघी पट्टे पर धनआवेश की बौछार करती है अत : इसे स्प्रे कंघी ( spray comb ) कहते हैं । कंघी C , खोखले गोले S से जुड़ी होती है ।

यह कंघी पट्टे से घन आवेश का संग्रह करती है अत : इसे संग्राहक संधी ( collecting comb ) कहते हैं ।

कार्य विधि ( Working ) – स्प्रे कंघी C को उच्च विभव सप्लाई की सहायता से पृथ्वी के सापेक्ष 10 वोल्ट कोटि के नियत उच्च विभव पर रखा जाता है । इससे कंघी C , के नुकीले सिरों पर अति उच्च आवेश घनत्व उत्पन्न हो जाता है तथा कोरोना विसर्जन द्वारा यह कंघी पट्टे पर धनआवेश की बौछार करती है । यह पट्टा निरन्तर इस धन आवेश को नीचे से ऊपर ले जाता है । कंघी C , के निकट पहुँचने पर यह धन आवेश कोरोना विसर्जन द्वारा पट्टे से कंघी C , पर स्थानान्तरित हो जाता है । चूंकि कंघी C , गोलीय चालक S से जुड़ी होती है

अत : C , द्वारा संग्रहित धनआवेश गोलीय चालक S के बाहरी पृष्ठ पर एकसमान रूप से वितरित हो जाता है । चूंकि पट्टा निरन्तर गतिशील है अत : गोले S के पृष्ठ पर आवेश निरन्तर बढता जाता है जब गोले S के पृष्ठ पर आवेश मान इतना अधिक हो जाता है कि इसके कारण पृष्ठ पर वैधुत क्षेत्र वायु के परावैद्युत भंजन के लिये पर्याप्त हो जाता है तो गोले से आवेश का प्रवाह शुरू हो जाता है तथा गोले पर आवेश का मान नियत हो जाता है । इस स्थिति में , गोले के पृष्ठ पर वैद्युत क्षेत्र को तीव्रता E वायु की परावैद्युत सामर्थ्य E_max के बराबर , होती है । यदि गोले की त्रिज्या R तथा इस पर आवेश Q हो तो

गोले वायु V 3×10 ° ) x3 = 9×10 वोल्ट

इस प्रकार पृथ्वी तथा गोलीय चालक S के बीच 9 मिलियन वोल्ट विभवान्तर उत्पन्न हो जाता है । गोलीय चालक को निर्वातित कक्ष में बन्द करने पर E max का मान बढ़ जायेगा । इससे V का अधिक उच्च मान प्राप्त किया जा सकता है ।

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