الماكينة الفرنسية Z
رسالة مايتياس باواي
الملف مُنشور في 17 يونيو 2006
يمكن العثور على هذه الرسالة، الغنية بالتوثيق، على:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
العنوان:
ضغط تدفق مغناطيسي في نطاق زمني أقل من الميكروثانية لتحقيق ضغوط عالية وإشعاعات سينية
مُقدمة في 8 يوليو 2002 في المركز العسكري للتجريب في غرامات (CEG)، لوت.
يُمكن للجهاز الكهربائي في غرامات (انظر الصور أعلاه) إنتاج نبضات تيار بقوة 2.5 مليون أمبير، بطول 800 نانوثانية.
جهاز كهربائي ECF في غرامات
صورة مقرّبة تُظهر قطر المنشأة، حوالي 20 مترًا (مقابل 33 مترًا في ماكينة زد في سانديا).
صورة مقرّبة
الجزء المركزي من منشأة ECF في غرامات
التركيب المُقترح من قبل باواي، وتم اختباره في غرامات وفي جهاز سانديا، مبتكر للغاية. كان السوفييت قد اخترعوا أنظمة ضغط تدفق مغناطيسي حيث يُستخدم متفجر كيميائي يمارس ضغطًا على "غلاف" مكوّن من مادة موصلة كهربائيًا، مثل النحاس أو الألمنيوم. وبالتالي ينفجر هذا الغلاف داخليًا، مُضغطًا الحقل المغناطيسي الموجود داخله، والذي تم تهيئته مسبقًا باستخدام شحنة كهربائية ناتجة عن تفريغ في لولب كهربائي باستخدام مجموعة من المكثفات. الفكرة المطورة في رسالة باواي تتمحور حول استخدام غلاف مكوّن من أسلاك كـ "مكبس"، وتعويض الضغط الخارجي الناتج عن التفجير الكيميائي في أنظمة الضغط المغناطيسي بـ "ضغط مغناطيسي". نجد هنا فكرتين رئيسيتين:
- استخدام غلاف أخف وأقل قابلية للقصور الذاتي
- ضمان نقل كل الطاقة إليه، حيث يمتلك "الغاز المغناطيسي" قابلية قصورية صفرية.
وهكذا نصل إلى مُضغّط مزدوج المرحلة، مع... غلافين، واحد كبير وآخر صغير. ببساطة، هذا ما كان سيُنتج لو تم... إغلاق مدفع البلازما الذي اقترحه ساخاروف!
مُدفع البلازما لساخاروف، معدل
نعود إلى المخطط الأصلي. يُنشئ تفريغ كهربائي حقلًا مغناطيسيًا في "القُصبة" A. ثم يُشعل المتفجر من الجانب الأيسر، مما يؤدي إلى تمدد "الغلاف" النحاسي.
القُصبة النحاسية تُغلق القُصبة، وتحبس الحقل المغناطيسي، الذي "مُضغوط"، ويحاول دفع الحلقة الألومنيومية إلى الفضاء الواقع بين "المدفع" النحاسي والغلاف المركزي المُعبأ بالمتفجر. ولكن في التصميم الجديد، نُعارض إطلاق هذه الحلقة، التي تُصطدم بسرعة كبيرة بطرف المدفع المُغلق، ما يُنتج ضغوطًا شديدة. بالطبع، تم تفريغ الفراغ بين الحلقة النحاسية والغطاء الموجود على اليمين، باللون الرمادي. تؤدي الحلقة الألومنيومية دور غلاف ثانٍ، حيث تُبخر عند المرور، وتتحول إلى بلازما. كما يخضع الغلاف المركزي لتحول بلاستيكي.
نعود إلى رسالة باواي. سنعثر على عناصر من التركيب أعلاه، ولكن بتركيب مختلف. كما ذكرنا، كلا الغلافين هما "من الأسلاك" وسوف يتحولان إلى بلازما. يجب إنشاء ضغط مغناطيسي معين داخل المُحاطة A قبل أن تُغلق. يبقى فقط استبدال العنصر الدافع، الغاز الناتج عن التفجير، بضغط مغناطيسي. وبهذا نحصل على ما يلي:
تركيب رسالة مايتياس باواي
للفهم الأفضل، قد يكون من المفيد إعادة ترتيب الصورتين المُبينتين هنا في صورة واحدة. إليك أولًا هذا التركيب لباواي في حالته الابتدائية:
تركيب مايتياس باواي في حالته الابتدائية
هناك تفريغان كهربائيان، أحدهما مُرسوم بالبنفسجي، وهو "التفريغ الأساسي"، والآخر مُرسوم بالأحمر، وهو "التفريغ الثانوي". يُنشئ هذان التفريغان حقلًا مغناطيسيًا داخل حفرتين متماثلتين متمركزتين، على شكل حلقة. يمكن تمييز "غلاف" أسطواني، وهو في الواقع مكوّن من مجموعة أولية من الأسلاك. تُخبرنا رسالة باواي أن هذه الأسلاك، عند مرور تيار كهربائي عالي فيها، لا تتحول فورًا إلى بلازما معدنية. بل على العكس، لديها عمر طويل نسبيًا، يمكن أن يصل إلى 80٪ من الوقت اللازم لتحرك "الستار السلكي" بشكل شعاعي نحو المحور. هذا هو سر الحفاظ على التماثل المحوري في تجربة سانديا. عند الانهيار، لا يكون هذا الجسم عبارة عن مجموعة من الأسلاك مُرتبة جنبًا إلى جنب، ولا عن ستار من البلازما، بل عن "مزيج من الاثنين". وقد نُظّر لهذا المفهوم من قبل مالكوم هاينز، الذي يُسمّيه "تشكيل قشرة":
تشكيل "القشرة"
في الأعلى، تظهر الأسلاك بعد فترة قصيرة من بدء التفريغ. تبدأ في التبخر السطحي. ما زالت هذه الأسلاك صلبة، محاطة بطبقة من البلازما المعدنية. تُفيد رسالة باواي بأن الأسلاك تحتفظ بقلب بارد وصلب. تتبخر من حافة السطح، مُنطلقة ببلازما مكوّنة من ذرات معدنية تنتشر. عندما تلتقي هذه الأسطوانات من البلازما، تتشكل "القُمّة". يكتب باواي أن هذه القُمّة تتشكل عندما يمر 80٪ من وقت الانهيار. وهذا يعني أن التيار الكهربائي يتدفق خلال الأسلاك بشكل منفصل طوال هذا الوقت. إذا كانت التقلبات المغناطيسية والهيدروديناميكية (MHD) قد تحدث في بلازما (غاز م-ionized)، حيث يمكن أن تتغير كثافة التيار محليًا، وكذلك شدة الحقل المغناطيسي، فإن هذا لا ينطبق على ستار من الأسلاك.
في رسالته، يُذكر أن سرعة انتشار البخار المعدني هي 10,000 م/ث للتنغستن و22,000 م/ث للألومنيوم. حجم الأسلاك (بعدد 240 سلكًا): 10 ميكرونات.
لم أتمكن من العثور على سرعة التمدد لأسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ. كان فريق سانديا متفاجئًا جدًا من أن درجة الحرارة الناتجة في نهاية الانهيار وصلت إلى 2 مليار درجة. قد يكون التفسير المحتمل أن سرعة انتشار بخار الفولاذ المقاوم للصدأ أقل، مما يؤخر تكوين "القُمّة" التي قد تُولّد تقلبات. وبما أن المذكور سابقًا أن الأسلاك تحتفظ بـ "قلب بارد"، فهذا يعني أن الأسلاك نفسها هي التي تُصطدم بالمحور، بينما يُشكل القُمّة البلازمية في اللحظات الأخيرة من الانهيار. وبالتالي، بدلًا من مئات الكيلومترات في الثانية، قد تصل السرعة الشعاعية عند اللحظة الاصطدامية إلى 1000 كم/ث. مما يفسر هذا الارتفاع في درجة الحرارة المرتبط بـ... تغيير المادة. سؤال مفتوح.
في اللحظة tm، تلتقي غلافات البلازما. وبهذا نحقق مكاسب على جهتين. تُتيح هذه الإغلاق تكوين "جدار مغلق" بالنسبة للحقل المغناطيسي، في حين أن عدم انتظام الوسط في الاتجاه الزاوي يُعارض نمو التقلبات MHD ويُحافظ على التماثل المحوري للعملية.
نعود إلى مخطط رسالة باواي، بعد إعادة تجهيزه:
تركيب باواي بعد تفعيل الكروبار
في هذه التفريغات، تُفرغ المكثفات في دوائر تحتوي على مقاومة مغناطيسية. لمن يفهم التمثيل ثلاثي الأبعاد، فإن توزيعي الطبقتين من التيار البنفسجي والأحمر يمتلك هندسة منحنى توليد حلقة. إنها "نوع من الملفات". عندما يتحرك "الستار السلكي + البلازما المعدنية" نحو المحور، يُغلق ما يسميه باواي "الفراغ". وبهذا، تصبح هذه "الملف" معزولة عن المكثف الذي شحنه. نعود إلى فكرة الكروبار المطروحة سابقًا في الملف ككل. يواصل التيار الكهربائي الأحمر "...