الماكينة Z المُعزَّزة بـ LTD
بقلم جوليان جيفراي
21 مايو 2007
تبدأ الأنشطة والأخبار المتعلقة بالاندماج النووي من جديد بفضل ماكينة Z، على الأقل في الولايات المتحدة. أما ماكينة Z الفرنسية "سфинكس" فهي شيء آخر، لأن وزارة الدفاع الفرنسية قد أغلقت كل شيء بالفعل، كما يمكنك أن تراه من خلال قراءة هذا المقال الذي نُشر في جريدة "ليس إوكوس" بتاريخ 16 مايو 2007:
ليس إوكوس
16 مايو 2007
المهارات
النووي
ماكينة Z الفرنسية ترفض الطاقة
صغير "سфинكس".
في وسط منطقة كورسي، في مركز دراسات جرامات (CEG)، تعمل وزارة الدفاع الفرنسية منذ بضع سنوات ماكينة Z فرنسية صغيرة (2.5 مليون أمبير)، تُدعى "سфинكس". مثل أختها الكبيرة الأمريكية، تُستخدم بشكل رئيسي لاختبار مقاومة الرؤوس النووية.
بما أنها تختلف عن تلك، لن تشهد أي تجارب مدنية. قبل بضع سنوات، كان الباحثون في جرامات قد أطلقوا مبادرات إلى سلطتهم العسكرية لتوسيع دراساتهم، دون نجاح.
عندما سُئل "ليس إوكوس"، أفاد "CEG" الذي يُعرف بـ"الشديد الانغلاق" أنه لا يملك أي مشاريع طاقة حالياً. هذه الحذر في الاستثمار يثير قلق الخبراء في مجال الانضغاط.
"المهارات الفرنسية في هذا المجال الكهربائي القوي مهددة"، يؤكد أحدهم.
في بريطانيا، ماكينة مماثلة تُدعى "ماجبي" من كلية إمبريال (1.4 مليون أمبير)، تعمل بنشاط على الانضغاط المغناطيسي، وخاصة بتمويل أمريكي. ليست قوية بما يكفي للوصول إلى أهداف ماكينة Z النووية، لكنها تُستخدم من قبل الأمريكيين لتعزيز أبحاثهم حول الانضغاط نفسه. وربما يخطط الروس أيضًا للاستثمار في هذا المجال البحثي.
ملاحظة: "الانضغاط" هو الترجمة الفرنسية لـ "pinch"، أي "الإمساك". وبالتالي، ماكينة Z تندرج ضمن فئة ماكينات البلازما المعروفة باسم "Z-pinch"، حيث يتم "إمساك" البلازما وفق محور التماثل OZ للنظام. جميع ماكينات Z-pinch هي أيضًا ماكينات MHD، وهي تخصص كان فرنسا متقدمة فيه منذ... ثلاثين عامًا، وقد تم التخلي عنه تمامًا في منتصف السبعينيات. وفي غياب رد فعل من الجهات الرسمية، يدخل أيضًا جزء كبير من سوء الفهم والانعدام الكلي للمهارة. فمثلاً، MHD العسكرية موجودة تمامًا في فرنسا، بينما في الولايات المتحدة وروسيا وغيرها من الدول... تتحرك بسرعة. يمكن تلخيص ذلك بجملة بسيطة:
بينما تسير الدول الأخرى بسرعة، يقف الفرنسيون على المكابح
ملاحظة أخرى: تم تعيين ألان جوبى كوزير للبيئة. وبهذه الصفة، تم دعوة عدد كبير من ممثلي الجمعيات التي تركز على حماية البيئة. ولكن هذا لا ينفصل عن إجراءات فعالة لدعم مصادر الطاقة الجديدة. وفي هذا المجال، هناك غياب كامل. غياب في الدافع، ولكن أيضًا في المعلومات و... المهارات. ولكن دعونا نعود إلى موضوع المقال.
في الولايات المتحدة، الأخبار المتعلقة بمحطات LTD من الجيل الجديد مثيرة للإعجاب، والتطورات أسرع من المتوقع. نشر معهد سانديا بيانًا صحفيًا في 24 أبريل 2007 بعنوان:
"Impulsions ultra-brèves rapprochent un peu plus la Z-machine d'un générateur à fusion à haut rendement"
(الانفجارات السريعة تقرب ماكينة Z أكثر من محطة توليد الطاقة النووية بالاندماج عالي الإنتاجية)
يصف المقال، الذي تم ترجمته بالكامل لاحقًا على هذه الصفحة، محركًا يُسمى LTD (Linear Transformer Driver)، يمكن ترجمته إلى "مفتاح تحويل خطي"، والذي من الممكن أن يسمح باندماج نووي مُتحكم فيه يمكن استخدامه فعليًا في ماكينة Z. سيجعل LTD ماكينة Z أصغر حجمًا وأقل تعقيدًا، من خلال جعل الخزان الضخم المُحاط بالماء والزيت والخطوط المائية التي كانت ضرورية لتعديل النبضات في الوقت غير فعالة.
وسيسمح أيضًا بإجراء إطلاقات متكررة بمعدل 0.1 هرتز، حيث لا يمكن ماكينة Z الحالية إجراء إطلاق أكثر من مرة في اليوم!
المحركات LTD لا تمثل بالفعل مفاجأة، لأن ماكينة Z الفرنسية "سфинكس" كانت مزودة بها منذ زمن بعيد. والجديد هنا هو الأداء الذي حققه الروس مع نموذجهم الأخير LTDZ:
محرك LTDZ الروسي بقدرة 100 جيجاواط: 1 مليون أمبير و100 كيلوفولت
القطر: 3 أمتار - العمق: 22 سم
لنشرح ببساطة محرك LTD: إنه مجموعة مكونة من "أحجار"، كل واحدة بحجم صندوق أحذية تحتوي على مكثفَين ومفتاح. متصلة في مجموعات متوازية ومرتبة في دائرة في النسخة التي نهتم بها، 40 من هذه "الأحجار" تشكل "غرفة" واحدة على شكل حلقة.
رسم توضيحي لـ "حجر" مكون من LTDZ
1: مكثفَين GA 31165 (100 كيلوفولت، 40 نانوفاراد)،
2: مفتاح متعدد الفجوات HCEI، 3: فوهة الإخراج،
4: نواة مغناطيسية، 5: عزل، 6: غرفة فراغ أو زيت،
7: غرفة الشحن، 8: قضبان من الكابرولاكتون
هذه النسخة الروسية، الأكثر تطورًا حاليًا، تُختبر في معهد الإلكترونيات ذات التيار العالي (HCEI) في تومسك في سيبيريا، حيث اشترت مختبرات سانديا أربع منها مؤخرًا. لاحظ التقارب الأمريكي الروسي في مجال الاندماج بالانضغاط المغناطيسي... هذا المحرك الروسي، الأقوى في العالم (100 جيجاواط)، قادر على توصيل 1 مليون أمبير بجهد 100,000 فولت، في نبضة تدوم 100 نانو ثانية (أي دون الحاجة إلى تقليل مدة النبضة). كما أنه مصمم لإجراء إطلاق كل 10 ثوانٍ! والآن، هذه هي المعدل المحدد لمحطة طاقة مستقبلية تعمل بالاندماج بالانضغاط المغناطيسي، والتي ستعمل فعليًا كمحرك "ديو-تيم" (انضغاط، تمدد).
يبدو أن المفهوم موثوق. النسخة السابقة من هذا LTD، مماثلة ولكن أقل قوة بمرتين (20 حجرًا تنتج 0.5 مليون أمبير بجهد 100,000 فولت)، تم بالفعل تأكيدها من قبل مختبرات سانديا بعد دورة أكثر من 11,000 إطلاق. في تومسك، قام مفتاح بإجراء أكثر من 37,000 إطلاق كل 12 ثانية.
بما أن هذه الغرف قابلة للتجميع، تخطط سانديا لتركيبها كفطائر على قضيب، ثم مضاعفة هذه القضبان. وبالتالي، سيكون هناك 70 وحدة أسطوانية موزعة بشكل دائري، تحتوي كل واحدة على 70 LTD مكدسة بشكل محوري. كفاءة هذه التكوين لا تُقاوم:
في كل وحدة، طولها حوالي عشرين مترًا، يتم توصيل 70 LTD الداخلية بشكل متسلسل لجمع جهودها. وبالتالي، ستنتج كل وحدة خرجًا بقوة 1 مليون أمبير وجهد 7 ملايين فولت.
ثم سيتم توصيل 70 وحدة بشكل متوازي لجمع تياراتها، مما يعطي في النهاية ماكينة تُنتج 70 مليون أمبير بجهد 7 ملايين فولت.
مشروع سانديا "IFE driver" بقطر 104 أمتار.
70 مليون أمبير، 7 ملايين فولت، 490 تيرافولت نظريًا.
70 وحدة بـ70 LTD كل واحدة، مما يمثل إجمالي 392,000 مكثف.
مع الأخذ في الاعتبار الخسائر المعتادة، مثل تلك التي تحدث على طول خطوط النقل المغناطيسي (MITL)، تقدر سانديا أن 60 مليون أمبير بجهد 6 ملايين فولت قابلة للاستخدام. هذا يمثل قوة تبلغ 360 تيرافولت قبل التوجيه إلى الهدف.
سيتم ترتيب هذا المختبر بشكل مسطح، وفقًا لخطة كما هو موضح في الرسم. وقد اقترح العلماء الروس من معهد كورتشاتوف أيضًا تجميع هذه الوحدات في الاتجاه الرأسي. يمكن حتى تخيل تناظر كروي. كما قال أحد العلماء العاملين في الموضوع: إنها مثل لعب "ماكينو" ...