Генератор Маркса

Коаксиальная конструкция генератора Маркса. Является источником импульсов с ~5 нс фронтом. Голубые полоски — диэлектрик (вода) конденсаторов, обкладки которых соединены резисторами (выполнены из скрученной высокоомной проволоки). Разрядные промежутки (двойная линия шаров посередине) расположены так близко, как возможно, и самосинхронизируются вспышками УФ-излучения. Питающее напряжение подводится снизу, высокое снимается с цилиндра наверху.

Лабораторные малые генераторы Маркса до напряжений в 100—200 киловольт могут исполняться с воздушной изоляцией, более мощные генераторы Маркса с более высокими рабочими импульсными напряжениями могут выполняться с вакуумной, газовой (газ с высокой электрической прочностью под давлением, например элегаз), масляной изоляцией, препятствующей как непосредственным паразитным пробоям воздуха, так и стеканию зарядов с установки вследствие коронных разрядов.

В случае исполнения генераторов Маркса с вакуумной, газовой или масляной изоляцией генератор обычно помещается в герметичную вакуумированную или заполненную указанными веществами ёмкость. В некоторых конструкциях генераторов Маркса применяют герметизацию конденсаторов и резисторов, но газовые разрядники располагают на воздухе.

В качестве разрядников применяют воздушные разрядники (например, с глушителями звука) на напряжение до 100 кВ и ток до 1000 кА, вакуумные разрядники, игнитроны, импульсные водородные тиратроны. Тиристоры в качестве коммутирующих элементов практически не применяются в связи с малыми значениями обратного напряжения и трудностями синхронизации их срабатывания в случае последовательного соединения. Все виды разрядников отличаются теми или иными различными недостатками (эрозией электродов, недостаточным быстродействием, незначительным сроком службы и т. д.) либо дороги, как, например, водородные тиратроны.

Для снижения потерь в качестве защитных и разделительных (зарядных) элементов генератора вместо резисторов в некоторых случаях применяют высокодобротные дроссели. В некоторых конструкциях генераторов в качестве резисторов применяют жидкостные сопротивления (резисторы).

На рисунке (коаксиальная конструкция) изображён генератор Маркса, использующий жидкостные конденсаторы на деионизированной воде. Такая конструкция улучшает технологичность конденсатора, уменьшает длину соединительных проводников, а также позволяет значительно уменьшить общее время срабатывания разрядников благодаря их облучению УФ-излучением разрядников, сработавших чуть раньше.

Основной недостаток генератора Маркса состоит в том, что при уровне зарядного напряжения порядка (50—100)⋅10³ В он должен содержать 5—8 ступеней с таким же количеством искровых коммутаторов, что связано с ухудшением удельных энергетических и массо-габаритных параметров и снижением КПД. В режиме разряда генератора Маркса потери складываются из потерь в конденсаторах и искровых промежутках и сопротивления нагрузки, например, канала разряда в главном разрядном промежутке. Для уменьшения потерь стремятся снижать сопротивления искровых коммутаторов ГИН, например, помещением их в электрически прочный газ под давлением, применяют конденсаторы с повышенной добротностью, оптимизируют инициирование пробоя для достижения минимальных пробивных градиентов и т. п.

Генератор импульсов высокого напряжения (генератор импульсного напряжения, ГИН) Маркса используется в разнообразных исследованиях в науке, а также для решения разнообразных задач в технике. В некоторых установках генераторы Маркса работают и в качестве генераторов импульсного тока (ГИТ).

В некоторых установках объединяют два генератора Маркса в единую установку, в которой многоступенчатый ГИН с конденсаторами небольшой общей ёмкостью обеспечивает высокий потенциал напряжения, необходимый для развития разряда основного малоступенчатого ГИТ с конденсаторами большой общей ёмкости, со сравнительно невысоким потенциалом, но большой силой тока в продолжительном импульсе.

Например, генераторы Маркса применяются (начальное историческое применение) в ядерных и термоядерных исследованиях для ускорения различных элементарных частиц, создания ионных пучков, создания релятивистских электронных пучков для инициирования термоядерных реакций.

Генераторы Маркса применяются в качестве мощных источников накачки квантовых генераторов, для исследований состояний плазмы, для исследований импульсных электромагнитных излучений.

В военной технике генераторы Маркса в комплексе с, например, виркаторами в качестве генераторов излучения применяются для создания портативных средств радиоэлектронной борьбы, в качестве электромагнитного оружия[1], действие которого основано на поражении целей радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ).

В промышленности генераторы Маркса наряду с другими источниками импульсных напряжений и токов применяются в электрогидравлической обработке материалов, дроблении, бурении, уплотнении грунтов и бетонных смесей.

Генератор импульсов высокого напряжения изобретён немецким инженером Эрвином Марксом в 1924 году, построен в 1926 году. В отечественных источниках генератор Маркса часто называют генератором Аркадьева — Маркса[2] или генератором Маркса — Аркадьева[3]. Отдельные отечественные исследователи генератор Маркса называют генератором Аркадьева — Баклина — Маркса. Такое название возникло в связи с тем, что в 1914 году В. К. Аркадьев совместно с Н. В. Баклиным[4] построил так называемый «генератор молний»[5], который являлся первым импульсным генератором в России, работавшим на принципе последовательного соединения конденсаторов для получения умноженного напряжения. Генератор Аркадьева — Баклина принципиально напоминал работу генератора Маркса, но в отличие от него использовал контактно-механический способ соединения конденсаторов ступеней, а не бесконтактный, как в генераторе Маркса.

Ежегодно Ассоциация электротехники, электроники и информационных технологий Германии присуждает премии им. Эрвина Маркса лучшим выпускникам Брауншвейгского технического университета и Брауншвейгского университета прикладных наук «Ostfalia»[6].

• Бабкин A.B., Велданов В. А., Грязнов Е. Ф. Средства поражения и боеприпасы: Учебник. — Москва: МГТУ, 2008. — ISBN 978-5-7038-3171-7.
• Фрюнгель Ф. Импульсная техника. Генерирование и применение разрядов конденсаторов, пер. с нем., M.- Л., 1965
• Техника высоких напряжений, под ред. Л. И. Сиротинского, ч. 1, M., 1951
• Гончаренко Г. M., Жаков E. M., Дмоховская Л. Ф., Испытательные установки и измерительные устройства в лабораториях высокого напряжения, M., 1966;
• Техника больших импульсных токов и магнитных полей, под ред. В. С. Комелькова, M., 1970
• Кремнев В. Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения, M., 1970
• Булан В. и др. Высоковольтный наносекундный генератор Маркса с импульсами квазипрямоугольной формы. //ПТЭ. — 1999.- N.6.

• Электрошокер с генератором Маркса (англ.)
• Самодельный генератор Маркса (англ.)
• Генератор Маркса своими руками (рус.)
• Высоковольтная установка в Санкт Петербурге. Фото Организации Д-3000 (англ.)