Marxgeneratoren

Marxgeneratoren sind eine Klasse von Impulsleistungsgeneratoren, die kurze, extrem hochspannungs Pulse erzeugen. Das Grundprinzip besteht darin, mehrere Kondensatoren zunächst parallel zu laden und anschließend in Serie zu schalten, sodass sich die Ausgangsspannung entsprechend der Anzahl der Stufen erhöht. Typische Schalter sind Funkenstrecken oder ausgelöste Funken, die den Serienwechsel auslösen. In idealer Annahme ergibt sich eine Ausgangsspannung von ungefähr N-mal der Ladespannung eines einzelnen Kondensators, wobei N die Zahl der Stufen ist. Die Energie in der Anordnung ergibt sich aus der Summe der Einzelenergien der Kondensatoren und wird beim Übergang in die serielle Verschaltung größtenteils zum Lastimpuls übertragen.

Historisch wurde das Marxprinzip 1924 von Erwin Otto Marx entwickelt, zunächst zur Prüfung der elektrischen Isolierung von Hochspannungsleitungen und Geräten. Die Technik hat sich seitdem in Forschungseinrichtungen, Industrie und Hochschulen als zuverlässige Methode für hochspannungsreiche Impulsquellen etabliert. Moderne Marxgeneratoren verwenden neben klassischen Funkenstrecken auch ausgelöste oder Solid-State-Switching-Ansätze, um Feuerungs- und Jitter-Effekte zu reduzieren.

Aufbau und Betrieb umfassen typischerweise eine Kaskade aus identischen Kondensatoren, Hochspannungs-Leitungskabel, eine Ladeeinheit sowie die Schalteranordnung und ein Gehäuse mit geeigneter Isolation. Anwendungen finden sich in der Pulsleistung, Hochspannungsprüfungen, Röntgen- oder Lasertechnikanwendungen sowie in der Grundlagenforschung zu Plasmen und Instabilitäten. Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören Schaltjitter, bauliche Verluste, Sicherheit und begrenzte Wiederholfrequenz.