Generator für elektromagnetische Pulse

Elektrische Leistungen von Dutzenden Megawatt sind eigentlich nur in großen Kraftwerken üblich. Doch komprimiert in kurze Pulse gekoppelt mit starken Strömen von einigen hunderttausend Ampere können sie für die Untersuchung von Materialien oder für Belastungstests von Hochleistungselektronik genutzt werden. Forscher entwickelten nun einen neuartigen Generator, der wiederholt Schockwellen in leistungsstarke Strompulse umwandeln konnte. Wie sie in der Fachzeitschrift „Journal of Applied Physics“ berichten, könnten man damit in Zukunft nur einmal verwendbare Pulsgeneratoren ersetzen, die bisher mit Sprengstoffen betrieben werden.

Technischer Aufbau mit einer aufgewickelten Drahtspule in der Mitte, von der Rohre und Schläuche abgehen.
Pulsgenerator

Kern des neuen Pulsgenerators ist ein kleiner Barren aus Eisen, der mit dem Element Gallium dotiert wurde. Dieses sogenannte Galfenol ist ein magnetoelastischer Werkstoff, der unter mechanischem Druck seine magnetischen Eigenschaften ändert. „Magnetoelastische Materialien wandeln mechanische Energie in magnetische Energie um und umgekehrt“, sagt John Domann von der University of California in Los Angeles. Zusammen mit seinen Kollegen vom Forschungslabor der US-amerikanischen Luftwaffe an der Eglin Air Force Base nutzte er Galfenol, um starke Strompulse mit einer Leistung von bis zu 80 Megawatt pro Kubikmeter zu erzeugen.

In ihren Versuchen pressten Domann und Kollegen mit einem pneumatischen System den magnetoelastischen Barren mit enormen Drücken von bis zu 275 Megapascal zusammen. Mehr als 30-mal pro Sekunde konnten diese Druckversuche wiederholt werden, wobei der Galfenolbarren jeweils mit starken Schwankungen der magnetischen Feldstärke reagierte. Dank dieser Schwankungen ließen sich mit einer Spule um den Barren herum über Induktion Hochstrompulse mit Megawattleistung erzeugen.

Bisher wurden solche Strompulse mit Flusskompressionsgeneratoren erzeugt, in denen Sprengstoffe ein magnetoelastisches Material einmalig zusammenpressten. Der Generator war danach allerdings nicht mehr brauchbar. Der neue pneumatisch betriebene Generator dagegen liefert wiederholt starke Strompulse – allerdings mit etwas geringerer Leistungsdichte.

Da kurze Hochstrompulse in der elektronischen Kampfführung genutzt werden können, sind sie für die Militärforschung von Interesse. Denn mit einem leistungsstarken elektromagnetischen Puls – kurz EMP – lässt sich die Elektronik eines Gegners lahm legen. Doch ausgehend von dieser EMP-Forschung können Hochstrompulse nun auch in der Materialforschung genutzt werden.