1. Przyspieszacz jonów – akcelerator Van de Graaffa

     W Zakładzie Spektroskopii Stosowanej Instytutu Fizyki Jądrowej PAN (IFJ PAN) znajduje się akcelerator elektrostatyczny typu Van de Graaffa. Nazwa ta pochodzi od nazwiska konstruktora tego urządzenia, Roberta J. Van de Graaffa (Zdjęcia 1-2). Jest to liniowy akcelerator, czyli urządzenie przyspieszające cząstki naładowane do prędkości, które stanowią nawet kilka procent prędkości światła. Na przykład protony o energii 2 MeV poruszają się z prędkościa niemal 20 000 km/s (czyli około 70 000 000 km/godz), podczas gdy prędkość światła wynosi 300 000 km/s.

                   

     Zasada działania akceleratora Van de Graaffa polega na osadzaniu się ładunku elektrycznego na izolacyjnym pasie transportowym. Ruch pasa przenosi zebrane ładunki do wnętrza kopuły, gdzie na zasadzie puszki Faraday’a spływają one na elektrodę zbiorczą. Potencjał elektrody rośnie do momentu uzyskania stanu równowagi, gdy prąd upływu zrówna się z prądem doprowadzanym. Źródło jonów, które chcemy przyspieszać, znajduje się na dodatnim, wysokim potencjale kopuły. Wytworzone pole elektryczne powoduje rozpędzanie jonów wychodzących ze źródła.

     W naszym akceleratorze wytwarzamy strumienie jonów wodoru (protonów) i helu (cząstek α) przyspieszanych napięciem do 2,5 MV, a zatem o o energiach kinetycznych osiągających wartość kilku MeV.

     Akcelerator elektrostatyczny typu Van de Graaffa jest jednym z najstarszych typów akceleratora. Był skonstruowany i stosowany do badań fizyki jądrowej niskich energii. Charakteryzuje się on wysoką stabilnością energii, pozwalającą na zogniskowanie wiązki jonów nawet do rozmiarów submikronowych. Akcelerator z takim ogniskowaniem jest stosowany obecnie jako mikroskop protonowy. W odróżnieniu od mikroskopu elektronowego charakteryzuje się większą penetracją promieniowania w próbce oraz mniejszym promieniowaniem tła.