Generator Marksa i jego zastosowanie

Ten artykuł ma wyłącznie charakter informacyjny. Opisane tutaj urządzenia mogą zagrażać życiu, dlatego należy zachować ostrożność podczas korzystania z tych informacji.

Generator Marksa jest urządzeniem do wytwarzania wyładowań impulsowych wysokiego napięcia, w oparciu o zasadę równoległego ładowania kilku kondensatorów wysokiego napięcia do wysokiego napięcia, a następnie podłączania tych naładowanych kondensatorów do obwodu szeregowego, w wyniku tego dodania wyładowanie iskrowe elektryczne uzyskuje się przy napięciu wyższym niż napięcie źródła ładowania, proporcjonalnie liczba kondensatorów w obwodzie.

Kondensatory są ładowane równolegle przez rezystory o wysokiej rezystancji (megaohm), a połączenie szeregowe jest możliwe dzięki zastosowaniu ograniczników gazu (powietrza) lub trygatronów.

Kiedy kondensatory są ładowane do wysokiego napięcia, pierwsza iskiernik jest wyzwalany, działa jak wyzwalacz, a czasami do jego aktywacji stosuje się wyładowanie inicjujące z dodatkowego źródła lub jego własne elektrody są po prostu łączone na krótki czas. Po zadziałaniu pierwszego ogranicznika przepięcie powstające w obwodzie powoduje natychmiastowe wyłączenie wszystkich innych ograniczników, dzięki czemu połączenie szeregowe i zwarcie w obwodzie powietrza naładowane kondensatory.

Tak więc za pomocą generatorów Marksa uzyskuje się wyładowania pulsacyjne o napięciu od kilkudziesięciu kilowoltów do dziesiątek megawoltów. Częstotliwość generowanych impulsów (wyładowań) zależy od mocy źródła ładowania wysokiego napięcia i energii w jednym impulsie.

Typowy dla generatorów Marksa jest zakres częstotliwości uzyskanych impulsów - od kilku bitów na godzinę do dziesiątek herców. Energia jednego impulsu może być mierzona w dziesiątkach megadżuli lub w ułamkach dżuli, w zależności od pojemności zastosowanych kondensatorów i napięcia otrzymanego w impulsie.

W Internecie można znaleźć wiele przykładów udanych wdrożeń amatorskich wersji generatorów Marksa, szczególnie te popularne w USA i Europie.

Ten schemat wytwarzania impulsów wysokiego napięcia został po raz pierwszy zaproponowany w 1924 r. Przez Edwina Otto Marksa (1893–1980) - niemieckiego inżyniera. Wynalazca zbudował pierwszy model w 1926 roku. Na terytorium byłego ZSRR generatory Marksa nazywane są również generatorami Arkadyjew-Marks lub Marks-Arkadyjew, a także generatorami Arkadyjew-Baklin-Marks.

Faktem jest, że w 1914 r. Władimir Konstantinowicz Arkadiew wraz z Nikołajem Wasiljewiczem Baklinem zbudowali pierwszy generator błyskawic w Rosji, który działał na zasadzie szeregowego podłączenia kondensatorów ładowanych równolegle, to znaczy jeszcze przed Marksem zasada ta została opanowana w Rosji. Jednak Arkadyjew i Baklin połączyli kondensatory mechanicznie, a nie przez wyładowania, jak sugerował Marks, 10 lat później.

Małe laboratoryjne generatory Marksa o napięciu wyjściowym do 200 kV są izolowane powietrzem. Mocniejszy - z izolacją próżniową lub z gazem, na przykład SF6. Można również stosować olej w celu wyeliminowania wycieków spowodowanych przez koronę w otwartych obszarach przewodów.

Jeśli stosuje się próżnię, gaz lub olej, wówczas generator zwykle umieszcza się całkowicie w pojemniku wypełnionym olejem lub w próżniowej komorze lub w komorze z gazem. Często izolują kondensatory i rezystory, ale ograniczniki prowadzą do powietrza.

Jako ograniczniki mogą być stosowane wyładowacze powietrza o wartości 100 kilowoltów i prądy do megamperów lub wyładowacze próżniowe, zapłonniki, a nawet tyratrony wodoru, pomimo wysokich kosztów.Aby zmniejszyć straty, czasami zamiast rezystorów instaluje się dławiki wysokiej jakości lub wykonuje się rezystory cieczowe. Czasami kondensatory są wykonane na bazie wody dejonizowanej.

Główną wadą generatora Marksa, jako źródła impulsów o wysokim napięciu, jest konieczność zainstalowania dużej liczby stopni kondensatorów i odpowiednio przełączników ograniczających, a to w znacznym stopniu wpływa na specyficzne cechy energetyczne struktury, parametry masowo-wymiarowe i wydajność.

Dlaczego tak się dzieje? Przede wszystkim podczas rozładowania występują straty w dielektryku kondensatorów i szczelinach powietrznych, w szczególności rezystancja kanału głównej szczeliny rozładowczej jest duża, a to jest rezystancja obciążenia.

Aby zmniejszyć straty, konieczne jest stworzenie warunków dla zwiększonej siły otaczającego gazu pod ciśnieniem poprzez przełączanie iskierników, stosowanie wysokiej jakości kondensatorów i poprawianie inicjacji awarii rozruchu, aby przód stał się bardziej stromy.

Mówiąc o zastosowaniu wysokonapięciowych generatorów Marksa, nie można nie wymienić obszarów badawczych w nauce, których jest wiele. Różnorodne zadania techniczne wymagają znacznych prądów i wysokich napięć. W czasach Igora Wasiljewicza Kurchatowa generatory Marksa pomogły w badaniach jądrowych nadać cząsteczkom elementarnym duże prędkości i zainicjować reakcje.

Dzięki generatorom Marksa generatory kwantowe są pompowane, badają zachowanie promieniowania plazmowego i pulsacyjnego, budują elektroniczny sprzęt bojowy, elektrohydraulicznie przetwarzają metale, kruszą gleby i zwięzłe mieszanki betonowe.

Czasami para generatorów Marksa jest łączona w celu uzyskania wysokiego potencjału w celu naładowania stosunkowo pojemnych kondensatorów generatora niskiego stopnia, a tym samym uzyskania stosunkowo niskiego potencjału, ale długiego impulsu prądowego.

Generator Marksa jest śmiertelnym urządzeniem dla ludzi. Bez specjalnego przeszkolenia nie należy próbować go budować, jest on obarczony obrażeniami, a nawet śmiercią. Przed dotknięciem generatora Marksa upewnij się, że wszystkie kondensatory są rozładowane. Wyładowania generatora Marksa są potężnym źródłem promieniowania ultrafioletowego, ponadto towarzyszy im uwalnianie ozonu w powietrzu, a ozon jest trucizną. Zachowaj ostrożność podczas pracy z wysokim napięciem udarowym.

Tak czy inaczej, na YouTube zawsze znajdziesz wiele żywych demonstracji na prośbę „Generatora Marksa” i „Generatora MARX”, gdzie modele zostały użyte do budowy polipropylenowe lub ceramiczne kondensatory wysokonapięciowe.