馬克思發生器

馬克思發生器（Marx generator）是埃爾文·奧托·馬克斯於1924年首次提出的一種能通過低壓直流電源產生高壓脈衝的電路^[1]。用於高能物理實驗，並可模擬閃電對輸電系統和航空設備的影響。 桑迪亞國家實驗室使用一組 36 個馬克思發生器在他們的Z脈衝功率設施(Z機)中生成 X 射線。

馬克思發生器「（右邊的塔）」小型演示。 它是一個十級發電機。 主要排放在左側。 圖像中可以看到的九個較小的火花是串聯連接充電電容器的火花隙。

運行原理

馬克思發生器原理電路圖

馬克思發生器通過對多個並聯電容器充電，然後突然將它們串聯起來，從而產生高壓脈衝。如上圖所示。起初，n 個電容器（C）並聯充電，直流電源通過電阻器（RC）將其充電至特定電壓 VC。用作開關的火花間隙兩端的電壓為 VC，但擊穿間隙所需的電壓大於 VC，因此在電容器充電時，電路表現為斷路。最後一個間隙將發電機的輸出與負載隔離；如果沒有該間隙，負載將阻止電容器充電。為了產生輸出脈衝，第一個火花間隙會先被擊穿；擊穿會有效地使間隙短路，從而將前兩個電容器串聯起來，這樣子便在第二個火花間隙上施加約 2VC 的電壓^[2]。隨後，第二個間隙被斷開，將第三個電容器添加到迴路中，然後繼續依次斷開所有間隙，由此產生高壓。

改進

為了提供 5 ns 上升時間脈衝，Marx 發生器通常內置在同軸波導中。火花間隙儘可能靠近，以實現最大的紫外光交換和最小的抖動。直流高壓來自下方，脈衝高壓從上方進入同軸線。中間的雙線球體是火花間隙，所有其他球體是為了避免電暈放電。藍色為水電容器。灰色為固體金屬。黑色為細線。外導體也是一個容器，可以優化氣體和壓力。

馬克思產生器的性能取決於電容器的選擇和放電的時間長短。通過在電極中摻入放射性同位素銫 137 或鎳 63，以及調整火花間隙的方向，可以使點火火花間隙開關發出的紫外線能照亮剩餘的開放式火花間隙，達到改善開關時間的目的。

參考資料

1. Marx, Erwin. Versuche über die Prüfung von Isolatoren mit Spanningsstößen [Experiments on the Testing of Insulators using High Voltage Pulses]. Elektrotechnische Zeitschrift. 1924, 25: 652–654. ISSN 0424-0200. OCLC 5797229 （德語）.. 注意，這一參考文獻值得懷疑：1924 年和第 25 卷不符；1924 年應對應的是第 45 卷；第 25 卷對馬克思來說太早。Volker Weiss 說的是 1925 年和第 45 卷，這也是錯誤的。 Electrical World https://books.google.com/books?id=o3FEAQAAIAAJ&hl=en （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） suggests Marx' Flashover testing article was June 11, 1925.
2. 通常如此解釋; 參考 http://www.kronjaeger.com/hv/hv/src/marx/index.html。 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） 實際問題可能更複雜，有些網站使用充電電感器代替電阻器，參考http://hibp.ecse.rpi.edu/~leij/febetron/marx.html。 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

參見

• 特斯拉線圈