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爆発的に加圧された磁束圧縮発生器（EPFCG ）は、高性能爆薬を使用して磁束を圧縮することにより、高出力の電磁パルスを生成するために使用される装置です。
EPFCGは動作中に物理的に破壊されるため、使い捨てである。動作には始動電流パルスが必要であり、通常はコンデンサによって供給される。
爆発的に励起される磁束圧縮発生器は、物理学や材料科学の研究において超高磁場を生成するために使用され[ 1 ] 、パルス電力用途では極めて強力な電流パルスを生成します。これらは、核電磁パルス装置のようなコスト、副作用、または巨大な範囲を伴わずに電磁パルスを生成する過渡電磁装置として知られる電子戦装置の電源として研究されています。
これらの発電機に関する最初の研究は、1950年代初頭にソビエト連邦のサロフにあるVNIIEF原子力研究センターによって行われ、その後、アメリカのロスアラモス国立研究所によって行われた。
1950年代初頭、核融合研究を行っていたソ連の科学者たちは、非常に短く強力な電気パルスの必要性を痛感した。当時、コンデンサにエネルギーを蓄えるマルクス発生器は、そのような高出力パルスを生成できる唯一の装置だった。しかし、必要な電力を得るために必要なコンデンサのコストが法外に高かったため、より経済的な装置の開発が求められた。アンドレイ・サハロフのアイデアから生まれた最初の磁気爆発発生器は、この目的を果たすために設計された。[ 2 ] [ 3 ]
磁気爆発発生装置は、「磁束圧縮」と呼ばれる技術を利用しており、その詳細は以下で説明する。この技術は、装置の動作時間が十分に短く、抵抗による電流損失が無視できる場合、そして導体（例えば銅線）に囲まれたあらゆる表面を通過する磁束が、表面の大きさや形状が変化しても一定に保たれる場合に可能となる。
この磁束保存則は、マクスウェル方程式から証明できます。この囲まれた磁束の保存則の最も直感的な説明は、レンツの法則から導き出されます。レンツの法則は、電気回路を通過する磁束の変化は、その変化に抵抗する電流を回路に引き起こすと述べています。このため、磁場が通過する閉ループ導体で囲まれた表面積を減少させると、磁束が減少しますが、その結果、電気導体に電流が誘導され、囲まれた磁束を元の値に維持しようとします。磁気爆発発生器では、導電性のチューブまたはディスクの周りに詰め込まれた爆薬を爆発させることで面積の減少が実現され、その結果生じる爆縮によってチューブまたはディスクが圧縮されます。[ 4 ]磁束は磁場の大きさと表面積の積に等しいので、表面積が縮小すると、導体内部の磁場強度は増加します。圧縮プロセスは、爆薬の化学エネルギーを、それに対応する大きな電流に囲まれた強力な磁場のエネルギーに部分的に変換します。
磁束発生器の目的は、極めて強力な磁場パルスを生成すること、あるいは極めて強力な電流パルスを生成することのいずれかである。後者の場合、閉じた導体は外部の電気回路に接続される。この技術は、地球上で最も強力な人工磁場を生成するために使用されてきた。約1000テスラ（一般的なネオジム永久磁石の約1000倍の強度）もの磁場を、わずか数マイクロ秒間生成することができる。
外部磁場（青線）が、完全導体（抵抗ゼロ）でできた閉じたリングを貫通している。リングを通る磁場は、面積を掛けたリングを横断する表面の磁力線。9本の磁力線は、リングを貫く磁束を表している。
リングが変形して断面積が減少したとします。リングを貫通する磁束（5本の磁力線で表される）は、リングの面積と同じ比率で減少します。磁束の変化は、ファラデーの誘導法則によりリング内に電流（赤い矢印）を誘起し、それがアンペールの周回法則により導線を囲む新たな磁場（緑の矢印）を生み出します。この新たな磁場はリングの外側の磁場とは逆向きですが、内側の磁場には加わるため、リング内部の総磁束は維持されます。5本の青い磁力線に4本の緑の磁力線が加わることで、元の9本の磁力線が再現されます。
外部磁場と誘導磁場を合計すると、穴を貫通していた磁力線は穴の中に留まり、磁束が保存され、導電性リング内に電流が発生することが示される。磁力線は互いに「挟み込まれる」ため、リング内部の（平均）磁場強度は、元の面積と最終面積の比率で増加する。
磁束圧縮の単純な基本原理は、さまざまな方法で応用できます。この分野の先駆者であるサロフのVNIIEFのソ連の科学者たちは、3つの異なるタイプの発電機を考案しました。[ 5 ] [ 3 ] [ 6 ]
このような発電機は、必要に応じて単独で使用することも、連続した複数の段階を連結して使用することも可能です。各発電機で生成されたエネルギーは次の発電機に伝達され、パルスが増幅される、といった具合です。例えば、DEMG発電機にはMK-2型発電機が使用される予定です。
また、これらは実験直後に破棄することも、許容使用時間内であれば繰り返し使用することもできます。[ 7 ]
1952年の春、RZ リュダエフ、EA フェオクチストワ、GA ツィルコフ、AA チヴィレワは、非常に高い磁場を得ることを目的として、このタイプの発電機を用いた最初の実験を行った。
MK-1ジェネレーターは以下のように動作します。
最初の実験では、自由空間「空気」における初期磁場 30 kG (3 T) から、数百万ガウス(数百テスラ) の磁場を達成することができました。これは、H = B/μ 0 = (3 V s /m 2 ) / (4π × 10 −7 V s /Am) =と同じです。2.387 × 10⁶ A /m (約2.4 MA/m)。
らせん型発電機は、安全な距離にある負荷に大電流を供給することを主な目的として考案されました。多段式発電機の第一段としてよく用いられ、出力電流は第二段の発電機で非常に強力な磁場を生成するために使用されます。
MK-2型発電機は以下のように動作します。
MK-2ジェネレーターは、最大10⁸A （ 100MA）の強力な電流と非常に高エネルギーの磁場を生成する点で特に興味深い。爆発エネルギーの最大20%を磁気エネルギーに変換でき、磁場強度は2 × 10⁶ガウス（200T）に達する。
高性能なMK-2システムの実現には、多数の研究者による基礎研究が必要でした。1952年に最初のMK-2発電機が製造され、1953年からは100メガアンペアを超える電流が達成されたことで、これは1956年までに効果的に実現されました。
DEMG発生器は以下のように動作します。
VNIIEFでは、最大25個のモジュールを使用したシステムが開発されている。直径1メートルの3つのモジュールで構成された発電機は、256MAで100MJの出力を生み出した。
