반구를 이용한 입자 가속기 실험(Ball Cyclotron)

집 주면 마트에 들렀다가, 마트 앞 재활용품을 모아둔 곳에 있던 플라스틱 반구를 발견했다. 

정전기 실험을 하면 좋을 것 같아서 집으로 가져왔다. 

습득한 반구를 이용하여 Ball Cyclotron 이라고 불리는 장치를 꾸며보았다. 이 장치는 정전기력을 이용하여 전도성 잉크가 칠해진 탁구공이나 스티로폼 공을 회전시키는 장치이다. 

흔히 입자가속기를 소개할 때 보여주는 실험이다. 

먼저 반구의 중심을 찾은 다음, 알루미늄 테이프를 1.5cm 정도 폭으로 잘라서 + 자 모양으로 붙여준다. 

그리고 남은 곳에는 45도 정도로 해서 다른 극성이 될 알루미늄 테이프를 잘라서 붙여준다. 

먼저 붙인 알루미늄 테이프는 GND 로 하고, 나중에 붙인 알루미늄 테이프는 (+) 로 할 것이다. 

끝 부분은 둥그렇게 잘라야 코로나 방전에 의한 전하 손실을 최소화 할 수 있다. 

정전기를 공급할 반데그라프 이다. 

위쪽의 깡통에서 (+) 극성의 전하가 발생한다. 

반데그라프와 실험 장치를 연결한다. 

아래쪽 롤러에 연결된 GND 는 땅에 닿아있는 깡통에 연결되어 있는데, 바닥이 약간의 전도성을 띠어서 접지를 한 효과가 있다. 

반구는 바닥에서 약간 띄워놓는 것이 좋다. 

이제 반데그라프의 전원을 켜고, 공을 넣으면 공이 회전을 한다. 

http://youtu.be/6D3bMVv7w5w

위 영상은 반구로 만든 입자가속기를 구동해 보는 영상이다. 

작은 공은 너무 가벼워서 회전하지 않고, 전극에 닿자마자 튀어올라서 다른 극성의 전극으로 날아가는 것을 볼 수 있었다. 

입자가속기의 원리나 정전기 현상을 설명할 때 보여주면 좋은 실험이다.