Robert Van de Graaff

Robert Van de Graaff.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.

Fotbalová hvězda univerzity v Alabamě

V době, kdy jeho starší bratři bojovali ve francouzských zákopech první světové války, tak na konci posledního školního roku na střední škole v roce 1917 si během fotbalového zápasu zranil záda. Zbytek školního roku strávil ležením doma, zotavováním a čtením knih o motorech. Nikdy střední školu nedokončil, ale i tak na podzim roku 1918 nastoupil na Univerzitu v Alabamě. Získal tu přezdívku Tee (z angl. tee – čaj), protože pil často čaj, především když se připravoval na zkoušky. Za krátkou dobu se vrátili jeho dva bratři. Stali se asistenty trenéra fotbalového týmu Univerzity v Alabamě. Robert s nimi sehrál několik zápasů. Nebyl však plně rozhodnutý, jestli bude fotbalovou hvězdou.

V roce 1922 získal titul bakalář přírodních věd a v roce 1923 magisterský titul. S grantem státu Alabama strávil další rok na Sorbonně, kde navštěvoval přednášky Marie Curie o radioaktivitě. Po roce stráveném na Sorbonně získal Rhodesovo stipendium na Královské koleji v Oxfordu. Pod vedením J. S. E. Townsenda získal v roce 1928 titul PhD. Zde se zrodil jeho nápad na generátor založený na získávání vysokého napětí pomocí elektrostaticky nabitého pásu.

První generátor

V 1929 se Van de Graaff vrátil do Spojených států, kde se stal členem Národního výzkumu v Princetonu pod vedením šéfa fyzikálního oddělení Karla Taylora Comptona. Ve stejném roce zkonstruoval první pracující model generátoru, který dosahoval napětí až 80 kV. První náklady na jeho výrobu se pohybovaly okolo $92.

První generátor se skládal z prázdné plechovky. Zdrojem náboje byl stejnosměrný zdroj připojený ke špičatému kovovému hrotu, který „vykopával“ náboj na pás. Náboj byl nesen směrem k plechovce izolačním pásem. Pás byl umístěn mezi dvě kladky, jedna umístěná dole byla poháněna elektrickým motorkem, druhá byla umístěna uvnitř plechovky. Později objevil, že není nutné přímo „vykopávat“ náboj na pás, protože se třením mezi pásem a kladkou vytvoří dostatek elektrostatického náboje.

Zjistil, že nejlepším materiálem na pás je čisté hedvábí, protože je pevné a velmi dobře izoluje. Hledal v mnoha podnikových prodejnách s čistým hedvábím. Někdy dokonce předvedl scénu s hořícími vzorky hedvábí a pak zkoumal popel, aby určil kvalitu čistého hedvábí a případně požadoval slevu.

Po dalších zlepšeních dosahoval generátor dvojnásobného napětí. Stál pouhých $100 a byl velmi stabilním zdrojem. V roce 1931 předvedl svůj vynález na večeři American Institute of Physics v Schenectady. Vystavil zde dvě zařízení. Oba přístroje nepracovaly příliš dobře, protože byly umístěny blízko zdi a vybíjely se. Po přemístění dál od zdi, přeskočil mezi oběma koulemi výboj při napětí přes 1 500 000 V. Není proto divu, že Compton chválil Van de Graaffa za “nejdůležitější výzkum, který kdy probíhal na poli extrémně vysokých napětí“.

Robert van de Graaff s jedním z prvních generátorů.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Obří generátor

V 1930 se Karl Taylor Compton stal prezidentem Massachusettského technologického institutu a jako spolupracovníka si přizval i Van de Graaffa. V témže roce Van de Graaff postavil první velký generátor v nepoužívaném leteckém hangáru na jihu Dartmouth v Massachusetts. Generátor se skládal ze dvou naleštěných hliníkových koulí o průměru 4,5 m na 7,6 m vysokém izolovaném podstavci o průměru 1,8 m. Generátor byl předveden 28. listopadu 1933 a byl schopen produkovat 7 MV. Celý úspěch byl publikován v New Yorku 29. listopadu 1933 v článku s titulkem “Muž šlehá bleskem 7 000 000 voltů”.

Na podobném zařízení pracovali také John Cockcroft a Ernest Walton v Cavendishově laboratoři v Anglii. V 1932 postavili kaskádní urychlovač, který produkoval zrychlené částice o energii 800 keV.

Van de Graaff byl v roce 1935 zvolen členem americké akademie umění a věd. V roce 1936 si Van de Graaff vzal Catherinu Boydenovou. Měli dva syny, Johna a Williama.

Praktické využití generátorů

Jako ředitel projektu na Massachusettském technologickém institutu během druhé světové války a jako spuluzakladatel a šéf společnosti High Voltage Engineering Corporation (HVEC) po válce v roce 1946, Van de Graaff a jeho společnost úspěšně provedli pokus s technologií urychlených nukleonů, radioterapií a s průmyslovým použitím elektronů a rentgenového záření. HVEC se stal vedoucím dodavatelem elektrostatických generátorů, které byly používány v terapii proti rakovině, jako průmyslový rentgen a ve studiu nukleární struktury.

Robert van de Graaff.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

V pozdních padesátých letech Van de Graaff vynalezl izolující jádrový transformátor. Izolující jádrový transformátor tvořil vysoký napěťový stejnosměrný proud a používal spíš magnetický tok než elektrostatické nabíjení. Van de Graaff zůstal spolupracovníkem a profesorem fyziky na MIT až do roku 1960, kdy odstoupil a věnoval se jen rostoucí spoluúčasti v HVEC. Robert J. Van de Graaff zemřel na srdeční infarkt 16. ledna 1967 v Bostonu ve věku 65.

Použité zdroje

[1] Jemison van de Graaff Mansion [online]. [cit. 2007–10–5]. URL: <http://www.jemisonmansion.com/index.php?page=3>.

[2] Robert Jemison Van de Graaff [online]. [cit. 2007–10–5]. URL: < http://www.jergym.hiedu.cz/~canovm/objevite/objev4/gra.htm>.