Generátor Marx a jeho použití

Tento článek je pouze informativní. Zde popsaná zařízení potenciálně ohrožují život, proto při používání těchto informací buďte opatrní.

Generátor Marx je zařízení pro výrobu vysokonapěťových pulzních výbojů, založené na principu paralelního nabíjení několika vysokonapěťových kondenzátorů na vysoké napětí, následované připojením těchto nabitých kondenzátorů k sériovému obvodu, v důsledku tohoto přidání je jiskrově elektrický výboj získán při napětí vyšším než je napětí zdroje nabíjení, úměrně počet kondenzátorů v obvodu.

Kondenzátory jsou nabíjeny paralelně prostřednictvím vysoce odporových (megaohmových) rezistorů a sériové připojení je umožněno použitím plynových (vzduchových) svodičů nebo trigatronů.

Když jsou kondenzátory nabity na vysoké napětí, je spuštěna první jiskřiště, funguje jako spouštěč a někdy se k jeho aktivaci používá iniciační výboj z dalšího zdroje, nebo se jeho vlastní elektrody jednoduše spojí na krátkou dobu. Když se první svodič vypne, přepětí vznikající v obvodu provede okamžitě všechny ostatní svodiče, takže sériové připojení a zkrat ve vzduchu okruhu nabité kondenzátory.

Pomocí Marxových generátorů se tedy získají pulzní výboje s napětím od několika desítek kilovoltů do desítek megavoltů. Frekvence generovaných impulsů (výbojů) závisí na výkonu nabíjecího zdroje vysokého napětí a na energii v jednom impulzu.

Pro generátory Marx je typický frekvenční rozsah získaných impulsů - od několika bitů za hodinu do desítek hertzů. Energie jednoho pulsu může být měřena v desítkách megajoul, nebo ve zlomcích joulu, v závislosti na kapacitách použitých kondenzátorů a na napětí přijatém v pulzu.

Na internetu najdete mnoho příkladů úspěšných implementací amatérských verzí generátorů Marx, zejména těch, které jsou populární v USA a Evropě.

Toto schéma pro výrobu vysokonapěťových impulsů bylo poprvé navrženo v roce 1924 německým inženýrem Edwinem Otto Marxem (1893-1980). Vynálezce postavil první model v roce 1926. Na území bývalého SSSR se generátory Marx nazývají také generátory Arkadyev-Marx nebo Marx-Arkadyev a také generátory Arkadyev-Baklin-Marx.

Faktem je, že již v roce 1914 postavil Vladimir Konstantinovich Arkadiev společně s Nikolajem Vasilyevičem Baklinem první generátor blesků v Rusku, který pracoval na principu sériového zapojení kondenzátorů nabitých paralelně, to znamená, že ještě před Marxem byl tento princip zvládnut v Rusku. Jak však naznačil Marx, Arkadyev a Baklin připojili kondenzátory mechanicky, a ne prostřednictvím výbojů, o 10 let později.

Malé laboratorní generátory Marx s výstupním napětím do 200 kV jsou izolované vzduchem. Výkonnější - s vakuovou izolací nebo s plynem, například SF6. Může být také použit olej k odstranění netěsností způsobených koronou v otevřených oblastech vodičů.

Pokud se používá vakuum, plyn nebo olej, pak je generátor obvykle zcela umístěn v nádobě naplněné olejem nebo ve vakuově uzavřené komoře nebo v komoře s plynem. Často izolujte kondenzátory a rezistory, ale svodiče vedou ke vzduchu.

Jako svodiče lze použít 100 kilovoltových vzduchových výbojů a proudů až do mega-ampérů nebo vakuových výbojek, zapalovačů, dokonce i vodíkových thyratronů, navzdory vysokým nákladům.Aby se snížily ztráty, jsou místo odporů někdy instalovány vysoce kvalitní tlumivky nebo jsou vyrobeny kapalinové odpory. Někdy jsou kondenzátory vyráběny na bázi deionizované vody.

Hlavní nevýhodou generátoru Marx, jako zdroje vysokonapěťových impulsů, je nutnost instalace velkého počtu stupňů kondenzátorů a v důsledku toho spínání svodičů, což výrazně ovlivňuje specifické energetické vlastnosti struktury, hmotnostně-rozměrové parametry a účinnost.

Proč se to děje? Za prvé, během vybíjení dochází ke ztrátám v dielektriku kondenzátorů a zejména ve vzduchových mezerách, odpor kanálu hlavní výbojové mezery je velký, a to je odpor zatížení.

Aby se snížily ztráty, je nutné vytvořit podmínky pro zvýšenou pevnost okolního plynu pod tlakem přepínáním jiskrových mezer, používat vysoce kvalitní kondenzátory a zlepšit zahájení počátečního zhroucení tak, aby přední strana dopadala strměji.

Když už mluvíme o použití vysokonapěťových generátorů Marx, nelze jmenovat jen oblasti výzkumu ve vědě, kterých je mnoho. Řada technických úkolů vyžaduje značné proudy a vysoké napětí. V dobách Igora Vasiljeviče Kurchatova generátory Marxu pomáhaly v jaderném výzkumu dávat elementárním částicím vysoké rychlosti a iniciovat reakce.

Díky Marxovým generátorům jsou kvantové generátory čerpány, studují chování plazmy a pulzního záření, staví elektronické válečné vybavení, elektrohydraulicky zpracovávají kovy, rozdrcují půdy a kompaktní betonové směsi.

Někdy se kombinuje pár generátorů Marx, aby se získal vysoký potenciál, aby se nabily relativně kapacitní kondenzátory nízkofázového generátoru, a tak se získal relativně nízký potenciál, ale dlouhý proudový impuls.

Generátor Marx je smrtící zařízení pro lidi. Bez zvláštního výcviku by se člověk neměl pokoušet stavět, je plný zranění a dokonce i smrti. Než se dotknete generátoru Marx, ujistěte se, že jsou vybity všechny kondenzátory. Výboje generátoru Marx jsou silným zdrojem ultrafialového záření, navíc jsou doprovázeny uvolňováním ozonu do vzduchu a ozon je jed. Při práci s vysokým přepětím buďte opatrní.

Tak či onak, na YouTube vždy najdete mnoho živých demonstrací na žádost „generátoru Marx“ a „generátoru MARX“, kde byly modely použity k sestavení polypropylenové nebo keramické vysokonapěťové kondenzátory.