Robert Jemison Van de Graaff (20 de dezembro de 1901 – 16 de janeiro de 1967) foi um físico aplicado e inventor norte-americano. É mais conhecido por desenvolver o gerador de Van de Graaff, uma máquina eletrostática de alta tensão que se tornou uma ferramenta fundamental na pesquisa em física nuclear.
Criado em Tuscaloosa, Alabama, Van de Graaff obteve seu título de DPhil na Universidade de Oxford como bolsista Rhodes. Na Europa, o contato com Marie Curie, Ernest Rutherford e J. Robert Oppenheimer o incentivou a desenvolver métodos para acelerar partículas até energias nucleares. Construiu seu primeiro gerador eletrostático na Universidade de Princeton em 1929 e demonstrou um modelo de 1,5 milhão de volts em 1931, mais que o dobro da maior tensão contínua anteriormente alcançada. Após ingressar no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), construiu o gerador de Round Hill de 5 megavolts. Colaborou com John G. Trump, seu ex-aluno, na criação de máquinas compactas isoladas a gás, que se tornaram os primeiros aceleradores usados na medicina clínica. Durante a Segunda Guerra Mundial, dirigiu o desenvolvimento de equipamentos de raios X de alta tensão para a Marinha dos EUA.
Uma lesão no futebol americano no ensino médio, agravada pelo excesso de trabalho durante a guerra e acidentes posteriores, deixou Van de Graaff com problemas de saúde crônicos no final de sua carreira. No entanto, em 1946, juntou-se a Trump e Denis M. Robinson para organizar a High Voltage Engineering Corporation (HVEC), a primeira empresa a fabricar aceleradores de partículas. Como Cientista Chefe, orientou o desenvolvimento de aceleradores comerciais. Na década de 1950, inventou o transformador de núcleo isolante e foi fundamental para a comercialização dos aceleradores tandem da HVEC. Em 1967, mais de 500 geradores de Van de Graaff de alta tensão operavam em todo o mundo, e a HVEC havia instalado aceleradores em hospitais e laboratórios em 30 países. Recebeu o Prêmio Tom W. Bonner em 1966 por suas contribuições para o desenvolvimento do acelerador eletrostático.
Robert Jemison Van de Graaff nasceu em 20 de dezembro de 1901, na Mansão Jemison–Van de Graaff em Tuscaloosa, Alabama, o caçula de quatro filhos de Adrian Sebastian Van de Graaff e Minnie Cherokee Jemison. A família tinha raízes profundas no Alabama: seu bisavô foi Robert Jemison Jr., um fazendeiro escravocrata e ex-senador estadual, e seu pai, juiz de circuito, foi reserva no primeiro time de futebol americano de 11 jogadores de Yale. O pai de Van de Graaff tornou-se professor de direito na Universidade do Alabama em 1891.
Os três irmãos mais velhos de Van de Graaff — Adrian, Hargrove e William — tornaram-se jogadores de futebol americano celebrados pelo Alabama Crimson Tide, e William tornou-se o primeiro jogador All-America do Alabama em 1915. Robert pretendia segui-los: como segundo ano na Tuscaloosa High School, atuou como quarterback no time treinado por seu irmão Adrian. No entanto, no outono de 1917, durante seu último ano, sofreu uma grave lesão enquanto jogava, quebrando o fêmur e ferindo gravemente as costas. Passou o resto do último ano se recuperando na mansão, lendo livros sobre motores para passar o tempo, e nunca se formou no ensino médio.
Apesar das lesões, Van de Graaff matriculou-se na Universidade do Alabama no outono de 1918, permanecendo de muletas durante grande parte de seu primeiro ano. Juntou-se aos "Scrubs" (time reserva), treinado por seus irmãos Adrian e Hargrove após o retorno da Primeira Guerra Mundial, e jogou como left end em partidas contra Georgia Tech e Mississippi A&M. Mas percebeu que não igualaria as conquistas atléticas de seus irmãos. Anos depois, recordou que uma jovem perguntou como estava o futebol americano, ele respondeu: "Não é o meu jogo." Ela perguntou: "Bem, Robert, qual é o seu jogo?" Ele mais tarde descreveu isso como um momento decisivo que o redirecionou para a ciência.
Em fevereiro de 1921, Van de Graaff juntou-se a outros onze estudantes para se tornarem membros fundadores da fraternidade de engenharia Theta Tau da Universidade do Alabama. Tornou-se estudioso e entrou na lista de honra pela primeira vez. Seu apelido vitalício, "Tee", derivava de seu hábito de beber chá para se manter alerta enquanto estudava a noite toda antes das provas. Durante os verões, trabalhou em barcos a vapor navegando pelo Rio Black Warrior, cultivando interesse por motores.
Van de Graaff recebeu o título de B.S. (1922) e M.S. (1923) em engenharia mecânica pela Universidade do Alabama. Para sua dissertação de mestrado, desenvolveu um sistema aprimorado para mineração de graus inferiores de minério de ferro, no qual o minério se movia em uma esteira transportadora e os componentes mais ferromagnéticos eram extraídos por um alto campo magnético em uma ponta metálica afiada — um conceito que antecipava aspectos de suas invenções posteriores. Após a formatura, trabalhou por um ano na Alabama Power Company como assistente de pesquisa, onde observou que geradores hidrelétricos podiam operar com lacunas muito maiores em seus circuitos magnéticos do que ele acreditava ser possível. Essa observação mais tarde influenciaria sua invenção do transformador de núcleo isolante.
Com uma bolsa do estado do Alabama, Van de Graaff viajou para Paris em 1924 para estudar na Sorbonne. Lá, assistiu a palestras de Marie Curie sobre radioatividade e ficou fascinado pelos estalos de partículas alfa individuais detectadas por um contador Geiger — uma experiência que ele mais tarde citou como inspiradora de seu trabalho de vida. Na Sorbonne, Van de Graaff percebeu que os núcleos atômicos são eletricamente carregados, portanto, altas tensões eletrostáticas poderiam acelerar partículas através da barreira de potencial nuclear e para dentro do núcleo.
Em 1925, Van de Graaff ganhou uma Bolsa Rhodes para The Queen's College na Universidade de Oxford. Em Oxford, Van de Graaff estudou sob J. S. E. Townsend e sentiu-se intimidado pela erudição de seus colegas, que tipicamente falavam três línguas fluentemente. Continuou a praticar esportes apesar de sua lesão na perna, jogando lacrosse e recebendo um "blue" no remo. Obteve um segundo título de B.S. em física em 1926 e um DPhil em 1928.
Enquanto estava em Oxford, Van de Graaff teve sua primeira oportunidade prolongada de discutir física de aceleradores com um colega. Em 1926, dividiu um quarto por uma semana na Universidade de Leiden com J. Robert Oppenheimer, então também estudante de pós-graduação. Os dois conversaram até tarde da noite, Oppenheimer sobre aspectos teóricos do espalhamento de prótons e Van de Graaff sobre possibilidades para aceleradores eletrostáticos.
Van de Graaff mais tarde leu o discurso de aniversário de 1927 de Ernest Rutherford para a Royal Society, no qual Rutherford expressou sua ambição "de ter disponível... uma fonte abundante de átomos e elétrons... transcendendo em energia as partículas alfa e beta de substâncias radioativas." Segundo Van de Graaff, este discurso aumentou sua convicção de que uma abordagem para gerar altas tensões era necessária para o progresso na pesquisa nuclear.
Em setembro de 1929, Van de Graaff retornou aos Estados Unidos como National Research Fellow na Universidade de Princeton, expressamente para desenvolver uma fonte de alta tensão. Naquele outono, construiu uma prova de conceito rudimentar a partir de "uma lata, uma fita de seda e um pequeno motor, sem custo." Este modelo simples podia sustentar 80 kV, limitado pela descarga das bordas da lata. Com o incentivo de Karl Taylor Compton, chefe do departamento de física, desenvolveu ainda mais este conceito.
Em 20 de março de 1931, após uma noite sem dormir e muitos rascunhos preliminares, Van de Graaff escreveu a Compton delineando sua visão para as aplicações científicas de seu gerador. Ele previu que o bombardeio de prótons no urânio poderia precipitar desintegração ou que "o próton seria capturado pelo núcleo, abrindo assim a possibilidade de criar novos elementos de número atômico maior que 92" — oito anos antes do primeiro elemento transurânico ser sintetizado. Na mesma carta, previu a reação nuclear que resultaria do bombardeio de prótons no lítio. (Um ano depois, John Cockcroft e Ernest Walton demonstraram esta reação, pela qual receberam o Prêmio Nobel de Física de 1951.)