Flusskompressionsgenerator

Die älteste Bauform des Generators, von seinem Erfinder Sacharow als MK-1 bezeichnet, besteht aus einem hohlen Innenrohr. Bei diesem Aufbau befindet sich im Zentrum ein innen elektrisch nicht kontaktiertes hohles und in Längsrichtung geschlitztes Kupferrohr, im Außenbereich befindet sich die in Sprengstoff eingebettete elektrische Spule und die Rückleitung. Der magnetische Fluss breitet sich primär im Inneren des Rohres aus, bei der Explosion wird das Kupferrohr zusammengepresst und bildet einen sich rasch verengenden Kurzschlussring, in welchem es durch die Kompression des Metallrohres kurzzeitig zu einer hohen magnetischen Flussdichte kommt. Bei dieser Bauform war das Ziel hohe magnetische Flussdichten zu erzielen, ein elektrischer Abgriff der Momentanleistung ist bei diesem Generatortyp nicht vorgesehen.

Mit dieser Bauform gelang es in den 1950er Jahren, bis dahin unerreichte magnetische Flussdichten von etwa 150 T zu erzielen. Der vom Sprengstoff gegen das Feld im Kupferrohr aufzubringende Druck beträgt bei 100 Tesla bereits 40 kbar und wächst quadratisch mit der Flussdichte.[2]

Der Helical-Flusskompressionsgenerator oder MK-2 ist ähnlich aufgebaut, funktioniert jedoch völlig anders. Der Sprengstoff befindet sich im Inneren eines nicht geschlitzten Kupferrohres. Darum herum befindet sich eine Spule, als deren Rückleiter bei der initialen Speisung dient das Kupferrohr. Das magnetische Feld breitet sich bei der Stromspeisung aus einem Kondensator primär zwischen dem Kupferrohr und der Spule aus. Der Sprengstoff wird am speisenden Ende des Rohres/der Spule gezündet. Die Explosionswelle drückt fortlaufend das Kupferrohr nach außen in die Spule und schließt diese kurz. Es kommt zu einer stetigen Verkürzung der Spule und damit zum Anstieg des Stromes, der Flussdichte und der Feldenergie. Wenn das Ende erreicht wird, hat der Strom sein Maximum erreicht. Im Energiemaximum kann ein Impuls an eine externe Last außerhalb der Explosionszone abgegeben werden, indem die Sprengfront eine Brücke öffnet, die bis dahin den Kurzschluss aufrechterhielt. Der Impuls kann zum Beispiel über ein Pulsformungsnetzwerk an einen Vircator oder auch an eine weitere Kompressionsstufe abgegeben werden. Der maximale Impulsstrom beträgt bis zu 100 MA.

Bei diesem vergleichsweise aufwändigen Aufbau befinden sich entlang einer Achse mehrere Scheiben, welche in ihrem Aufbau Hohlräume beinhalten. Diese Hohlräume sind mit Kupfer ausgekleidet, sind nach außen offen und beinhalten nach Speisung beispielsweise aus einem vorgeschalteten Helical-Flusskompressionsgenerator das tangentiale Magnetfeld. Die Anordnung ist durch umgebenden Sprengstoff aufgefüllt. Der Sprengstoff zwischen den Hohlräumen wird nacheinander von der Achse beginnend durch eigene Zündeinrichtungen ausgelöst. Das Magnetfeld wird nach außen in die schmaleren Bereiche der Hohlräume abgedrängt. Der maximale Impulsstrom beträgt bei dieser Anordnung bis zu 250 MA.[2] Im Energiemaximum kann ein Impuls an eine externe Last außerhalb der Explosionszone abgegeben werden, indem die Stromstärke eine Art Schmelzsicherung öffnet, die bis dahin den Kurzschluss des koaxialen Leiterkreises aufrechterhielt.

Zu Werkstoffforschungen und zur Untersuchung von Plasmen und Schockwellen wurde zum Beispiel ein kurzer leitfähiger geschlossener Hohlzylinder (als Liner bezeichnet, Abmessungen im Zentimeter-Bereich) axial vom erzeugten Stromimpuls durchflossen. Da sein Inneres feldfrei ist, wird er durch das ihn umgebende Magnetfeld heftig zusammengepresst, bevor auch er verdampft. In seinem Inneren sind entweder Experimente untergebracht oder er bleibt leer. Mit dünnwandigen Aluminiumzylindern sind so Implosionsgeschwindigkeiten von mehreren 100 km/s erreichbar. Beim Zusammenprall des Materials mit sich selbst entstehen sehr heiße Plasmen, die unter anderem weiche Röntgenstrahlungs-Impulse aussenden.[2]