Генератор Маркса и его использование

Эта статья предназначена только для ознакомительных целей. Описанные здесь устройства потенциально опасны для жизни, поэтому будьте, пожалуйста, осторожны при пользовании данной информацией.

Генератором Маркса называется устройство для получения высоковольтных импульсных разрядов, основанное на принципе параллельной зарядки нескольких высоковольтных конденсаторов до высокого напряжения, с последующим соединением этих заряженных конденсаторов в последовательную цепь, в результате такого сложения получается искровой электрический разряд при напряжении большем, чем напряжение заряжающего источника, пропорционально количеству конденсаторов в цепи.

Зарядка конденсаторов параллельно осуществляется через высокоомные (мегаомные) резисторы, а последовательное соединение становится возможным благодаря использованию газовых (воздушных) разрядников или тригатронов.

Когда конденсаторы заряжены до высокого напряжения, срабатывает первый разрядник, он выступает в роли триггера, и для его активации иногда используют инициирующий разряд от дополнительного источника, либо просто кратковременно сближают его собственные электроды. Когда первый разрядник сработал, возникшее в цепи перенапряжение заставляет тут же сработать и все остальные разрядники, так получается последовательное соединение и замыкание через воздух цепи заряженных конденсаторов .

Так, при помощи генераторов Маркса получают импульсные разряды с напряжением от нескольких десятков киловольт до десятков мегавольт. Частота генерируемых импульсов (разрядов) зависит от мощности зарядного источника высокого напряжения и от энергии в единичном импульсе.

Типичный для генераторов Маркса диапазон частот получаемых импульсов — от нескольких разрядов в час до десятков герц. Энергия одного импульса может измеряться как десятками мегаджоулей, так и долями джоуля, в зависимости от емкостей применяемых конденсаторов и от получаемого в импульсе напряжения.

В интернете можно найти много примеров успешных реализаций любительских версий генераторов Маркса, особенно они популярны в США и Европе.

Данная схема для получения импульсов высокого напряжения была впервые предложена в 1924 году Эдвином Отто Марксом (1893-1980) — немецким инженером. Изобретатель построил первую модель в 1926 году. На территории бывшего СССР генераторы Маркса называют еще генераторами Аркадьева — Маркса, либо Маркса — Аркадьева, а еще Аркадьева-Баклина-Маркса.

Дело в том, что еще в 1914 году Владимир Константинович Аркадьев совместно с Николаем Васильевичем Баклиным построили первый на территории России генератор молний, работавший на принципе последовательного соединения заряженных параллельно конденсаторов, то есть еще до Маркса принцип был освоен в России. Однако Аркадьев и Баклин соединяли конденсаторы механически, а не через разряды, как это предложил делать Маркс, спустя 10 лет.

Небольшие лабораторные генераторы Маркса с выходным напряжением до 200 кВ исполняются с воздушной изоляцией. Более мощные — с вакуумной изоляцией или с газовой, например элегаз. Может применяться и масло для устранения утечек вследствие коронирования на открытых участках проводников.

Если применяют вакуум, газ или масло, то генератор, как правило, полностью помещают в емкость, заполненную маслом или в вакуумированную герметичную камеру, либо в камеру с газом. Часто изолируют конденсаторы и резисторы, но разрядники выводят на воздух.

В качестве разрядников могут быть использованы воздушные разрядники на 100 киловольт и на ток до мегаампера, либо вакуумные разрядники, игнитроны, даже водородные тиратроны, несмотря на дороговизну и т. д. Для снижения потерь вместо резисторов иногда ставят дроссели высокой добротности, либо делают жидкостные резисторы. Иногда изготавливают конденсаторы на основе деионизированной воды.

Главным недостатком генератора Маркса, как источника импульсов высокого напряжения, является необходимость установки большого количества ступеней конденсаторов и, соответственно, коммутирующих разрядников, а это сильно ухудшает удельные энергетические характеристики конструкции, массо-габаритные параметры и КПД.

Почему так происходит? В первую очередь при разряде имеют место потери в диэлектрике конденсаторов и в воздушных промежутках, в частности, сопротивление канала главного разрядного промежутка велико, а это — сопротивление нагрузки.

Чтобы снизить потери необходимо создать коммутирующим искровым разрядникам условия повышенной прочности окружающего их газа под давлением, применять конденсаторы высокой добротности, улучшать инициирование стартового пробоя, чтобы фронт получился более крутым.

Говоря о применении высоковольтных генераторов Маркса нельзя не назвать исследовательские направления в науке, коих множество. Разнообразные технические задачи требуют значительных токов и высоких напряжений. Еще во времена Игоря Васильевича Курчатова генераторы Маркса помогали в ядерных исследованиях для придания высоких скоростей элементарным частицам и инициирования реакций.

Благодаря генераторам Маркса накачивают квантовые генераторы, исследуют поведение плазмы и импульсные излучения, строят средства радиоэлектронной борьбы, электрогидравлическим способом обрабатывают металлы, дробят грунты и уплотняют бетонные смеси.

Иногда объединяют пару генераторов Маркса для получения высокого потенциала с целью зарядить относительно емкие конденсаторы малоступенчатого генератора, и получить таким образом сравнительно невысокий потенциал, но длительный токовый импульс.

Генератор Маркса является смертельно опасным для человека устройством. Без специальной подготовки не следует пытаться его построить, это чревато травмами и даже смертью. Прежде чем прикоснуться к генератору Маркса, убедитесь, что все конденсаторы разряжены. Разряды генератора Маркса являются мощным источником ультрафиолетового излучения, кроме того сопровождаются выделением озона в воздухе, а озон — яд. Будьте осторожны при работе с высоким импульсным напряжением.

Так или иначе, на YouTube вы всегда найдете множество ярких демонстраций по запросам «генератор Маркса» и «MARX generator», где для построения моделей использованы полипропиленовые или керамические высоковольтные конденсаторы .