Dizertační práce Mathiase Bavaye o francouzské z přístroji

Diplomová práce Mathiase Bavaye o francouzské Z-mašině

Francouzská Z-mašina

Diplomová práce Mathiase Bavaye

dokument nahrán 17. června 2006

Tuto práci, velmi dobře dokumentovanou, najdete na:

http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html

Název:

Změna magnetického toku v submikrosekundovém režimu pro dosažení vysokých tlaků a rentgenového záření

obhájena 8. července 2002 na CEG (Centrum vojenských experimentů v Gramat, Lot).

Generátor v Gramat (viz obrázky nahoře) umožňuje dodávat proudové impulsy o síle 2,5 milionu ampérů trvající 800 nanosekund.


Elektrický generátor ECF v Gramat

Zvětšený pohled ukazuje průměr instalace, přibližně 20 metrů (proti třiceti třem u Z-mašiny v Sandii).

Zvětšený pohled

Střední část instalace ECF v Gramat

Montáž navržená Bavayem, otestovaná v Gramat a na generátoru v Sandii, je velmi originální. Sověti vynalezli systémy pro kompresi toku, kde chemický výbuch vyvíjel tlak na „obálku“ tvořenou vodičovým materiálem, mědí nebo hliníkem. Tato obálka se tedy zřítila, stlačila magnetické pole uvnitř, které bylo předtím vytvořeno elektrickým výbojem v cívce pomocí kondenzátorové baterie. Nápad vyvinutý v diplomové práci Bavaye spočívá v použití drátové obálky jako „pístu“ a nahrazení vnějšího tlaku, původně chemického u magnetokumulačních kompresorů, „magnetickým tlakem“. Nacházíme zde dvě myšlenky:

*- Použít lehčí obálku s nižší setrvačností – zajistit, aby byla celá energie předána právě této obálce, „magnetický plyn“ má „nulovou setrvačnost“. *

Tím se dostáváme k dvoustupňovému kompresoru s ... dvěma obálkami, jednou velkou a jednou malou. To je v podstatě to, co bychom získali s plazmoïdovým kanónem Sakharova, kdybychom ... tento kanón zavřeli!

Změněný plazmoïdový kanón Sakharova

Znovu uvedeme původní schéma. Elektrický výboj vytvoří magnetické pole v „klenbě“ A. Poté je výbušnina zapálena levou částí, což způsobí rozšíření měděné obálky.

Měděný kužel uzavírá klenbu, uvězní magnetické pole, které „stlačené“ se snaží vypudit hliníkový prstenec do prostoru mezi „kanónem“ z mědi a střední obálkou plnou výbušniny. V novém uspořádání však bráníme vypudění tohoto prstence, který se rychle přiřízně k uzavřenému konci „kanónu“, čímž vznikají velké tlaky. Samozřejmě byl mezi hliníkovým prstencem a uzavíracím krytem na pravé straně, šedé barvy, vytvořen vakuum. Hliníkový prstenec plní roli druhé „obálky“, když se při průchodu vypaří a promění v plazma. Střední obálka také prochází plastickou transformací.

Vraťme se k diplomové práci Bavaye. Budeme rozpoznávat prvky uvedeného uspořádání, které jsou však uspořádány jinak. Jak jsme již řekli, obě obálky jsou „drátové“ a přemění se na plazma. Je třeba vytvořit určitý magnetický tlak v prostoru A před tím, než bude tento prostor uzavřen. Zbývá nahradit pohonný prvek, plyn vzniklý explozí, magnetickým tlakem. Takto získáme následující:

Montáž diplomové práce Mathiase Bavaye

Pro lepší pochopení by možná bylo vhodné znovu složit oba časy znázorněné zde na jednom obrázku. Zde je tedy nejprve montáž Bavaye v jejím původním stavu:

Montáž Mathiase Bavaye v původním stavu

Jsou zde dvě elektrické výboje, jeden znázorněn fialově, „primární výboj“, a druhý červeně, „sekundární výboj“. Tyto dva výboje vytvářejí magnetické pole uvnitř dvou souosých dutin toroidního tvaru. Rozlišujeme „obálku“ válcového tvaru, která je ve skutečnosti tvořena prvním souborem drátů. Z diplomové práce Bavaye se dozvídáme, že když jsou tyto dráty procházeny velkým elektrickým proudem, nezmění se okamžitě na kovové plazma. Naopak mají poměrně dlouhou životnost, která může dosáhnout 80 % času, který trvá „zástěně drátů“ při jejich radiálním pohybu směrem k ose. To je tedy celý tajemství zachování osé symetrie při experimentu v Sandii. Když tento objekt kolabuje, nejde o soubor drátů umístěných vedle sebe ani o zástěnu plazmatu, ale o „směs obou“. Toto bylo teoretizováno Malcomem Hainesem, který tomu říká „tvorba skořápky“:

Tvorba „skořápky“

Nahoře jsou dráty krátce po zahájení výboje. Začínají se povrchově sublimovat. Tyto stále pevné dráty jsou obklopeny plazmovou obálkou. V diplomové práci Bavaye se čte, že dráty udržují chladný pevný jádro. Vypařují se na okraji a vydávají plazma tvořené kovovými atomy, které se šíří. Když se tyto plazmové válce spojí, vzniká „koruna“. Bavay píše, že koruna se tvoří, když uplynulo 80 % času kolapsu. To znamená, že po celou dobu se proudy pohybují jednotlivě v drátech. Pokud mohou vzniknout MHD nestability v plazmatu (ionizovaném plynu), kde lokální hustota proudu může kolísat, stejně jako intenzita magnetického pole, toto neplatí pro zástěnu drátů.

V jeho práci se uvádí, že rychlost rozšíření kovové páry je 10 000 m/s pro wolfram a 22 000 m/s pro hliník. Řád velikosti průměru drátů (počet 240): 10 mikrometrů.

Nenašel jsem rychlost rozšíření pro dráty z nerezové oceli. Lidé z Sandie byli velmi překvapeni, když zjistili, že teplota dosažená na konci kolapsu dosáhla 2 miliard stupňů. Možným vysvětlením by mohlo být, že rychlost rozšíření páry z nerezové oceli je nižší, což by zpomalilo vznik „koruny“, kde mohou vznikat nestability. Jak bylo řečeno výše, dráty udržují „chladné jádro“, takže jde prakticky o „dráty“, které se setkají na ose, přičemž plazmový pás se tvoří ve velmi posledních okamžicích kolapsu. Takže místo několika set kilometrů za sekundu může rychlost radiálního pohybu v okamžiku nárazu dosáhnout 1000 km/s. Z toho vyplývá nárůst teploty spojený s ... změnou materiálu. Otevřená otázka.

V čase tm se plazmové obálky spojí. Získáme tak dva výhody. Toto uzavření umožňuje vytvořit „těsnou přepážku“ vůči magnetickému poli, zatímco nerovnoměrnost prostředí v azimutálním směru brání růstu MHD nestabilit. Udržuje tak osovou symetrii procesu.

Vraťme se k schématu diplomové práce Bavaye, které jsme si přepracovali:

Montáž Bavaye po přepnutí

Při těchto výbojích se kondenzátory vybíjejí do obvodů s indukčností. Pro ty, kdo vidí v 3D, mají tyto dvě proudové plochy fialová a červená geometrii generátorových křivek toru. Jsou to „nějaké cívky“. Když „zástěna drátů + kovové plazma“ postupuje směrem k ose, uzavře to, co Bavay nazývá „mezeru“. Tím se tato „cívka“ oddělí od kondenzátoru, který ji nabil. Znovu se objevuje téma „crowbar“, o kterém bylo řečeno výše v celém dokumentu. Červený elektrický proud bude nadále „kroužit“ a přirozeně ztrácí intenzitu kvůli Jouleově ztrátě (výboj cívky do odporu tvořeného… samou sebou).

Fialově označený Jprim znamená „primární proud“. Tento proud vytváří magnetické pole, jehož siločáry nejsou znázorněny, ale jsou azimutální. Toto pole je synonymem magnetického tlaku a tento tlak působí na první obálku, které vždy dáváme schématický válcový tvar. Objem, kde se nachází magnetické pole vytvořené červeným proudem, bude klesat. Pro zachování toku musí být magnetické pole zvýšeno, stejně jako proud (červený), odkud pochází název Jamp (zvýšený proud). Tento magnetický tlak působí na druhou „drátovou obálku“ umístěnou nahoře na obrázku, která bude hrát roli, kterou v našem „zavřeném plazmoïdovém kanónu“ hraje hliníkový prstenec. Tato druhá obálka se také promění v nerovnoměrnou zástěnu tvořenou kovovými dráty spojenými atmosférou vypařeného kovu. A všechno to jemně směřuje k ose. Vše závisí na hodnotách parametrů experimentu. Máme tedy také „kličku“ nahoře na obrázku s určitým počátečním průměrem. Proud procházející touto kličkou je méně intenzivní než v experimentu v Sandii: 2,5 milionu ampérů místo 20. Tato klička má také menší rozměry. Její kolaps umožňuje dosáhnout několika milionů stupňů a v tomto smyslu systém splňuje své závazky a stává se generátorem rentgenového záření. Ale pokud by zařízení umožnilo zřídit kolaps větší kličky o průměru 8 cm a pokud by bylo možné proud zvýšit na 20 milionů ampérů, nevidím důvod, proč by tato fantastická teplota 2 miliard stupňů nemohla být dosažena v Lot, ve Francii. Je třeba zdůraznit, že napájecí systém v Gramat dodává výboje trvající 100 nanosekund, stejně jako Z-mašina v Sandii.

Přejděme k některým výsledkům (viz diplomová práce Bavaye, dostupná online).

Modrý: „primární proud“, červený: „sekundární proud“.

Primární proud klesá, protože generátor se vybíjí do cívky s rostoucí indukčností (to je spojeno s rozšířením dutiny). Sekundární proud nejprve pomalu roste, což je způsobeno jednoduchým vybíjením zdroje (kondenzátor se vybíjí do cívky). Zlom odpovídá okamžiku, kdy je „mezera“ uzavřena nebo kdy dochází k přepnutí (crowbar), tedy o něco více než dvě mikrosekundy po zahájení výstřelu. V tom okamžiku červený proud skočí, protože jde o proud, který protéká cívkou, jejíž velikost klesá stlačením této toroidní dutiny. Získáme vrchol indukovaného proudu. Čas náběhu proudu odpovídá požadovanému: stovkám nanosekund. Skutečně musí být tento náběh proudu proveden v čase, který je kratší než čas, který trvá druhé obálce k kolapsu, aby dráty mohly získat kinetickou energii, která bude převedena na tepelnou energii při nárazu na osu.

Tento obrázek pochází z jiného výstřelu. Na něm je viditelná vyzařovaná energie ve formě rentgenového záření.

Vyzařovaná energie ve formě rentgenového záření

Žlutě: vyzařovaná energie ve formě rentgenového záření.

Závěr čtení diplomové práce Bavaye je, že Francouzi mají celý know-how potřebný k provedení experimentu podobného tomu v Z-mašině („máme to stejné doma“, trochu menší). Osobně bych navrhoval změnit kompresor, který by měl za výhodu zvýšit stabilitu kolapsu „velké obálky“. Nemá smysl dělat tak ostrý zákrut, aby se tato energie dostala „do této kličky v horní části“. Navíc uspořádání v Gramat „dvou stupňů a dvou drátových obálek“, velmi chytře navržené (máme ve Francii stejně chytře lidi jako