Mathias Bavays Dissertation über die Z-Maschine Frankreichs
Die französische Z-Maschine
Die Dissertation von Mathias Bavay
Dokument online gestellt am 17. Juni 2006
Diese Dissertation finden Sie, gut belegt, unter:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
Titel:
Flusskompression im sub-mikrosekundigen Bereich zur Erzielung hoher Drücke und Röntgenstrahlung
verteidigt am 8. Juli 2002 am CEG (Militärisches Experimentierzentrum Gramat, Lot).
Der Gramat-Generator (siehe Bilder oben) kann Impulse von 2,5 Millionen Ampere mit einer Dauer von 800 Nanosekunden liefern.
ECF-Generator von Gramat
Eine nähere Aufnahme zeigt den Durchmesser der Anlage, etwa 20 Meter (gegenüber 33 Meter bei der Sandia-Z-Maschine).
Nahaufnahme
Zentrale Einrichtung des ECF-Generators von Gramat
Das von Bavay entworfene System, getestet in Gramat und auf dem Sandia-Generator, ist sehr originell. Die Sowjets hatten Systeme zur Flusskompression entwickelt, bei denen ein chemischer Sprengstoff einen Druck auf einen "Liner" aus elektrisch leitendem Material, Kupfer oder Aluminium, ausübte. Dieser Liner implodierte und komprimierte dadurch ein Magnetfeld, das zuvor mit einer elektrischen Entladung in einer Spule mit Kondensatoren erzeugt worden war. Die in der Dissertation von Bavay entwickelte Idee besteht darin, einen "Liner aus Drähten" als "Piston" zu verwenden und anstelle des äußeren Drucks, der bei Magneto-Kumulationskompressoren chemischer Natur ist, eine "magnetische Druckkraft" zu verwenden. Zwei Ideen finden sich dabei:
*- Ein leichterer Liner mit geringerer Trägheit einsetzen
- Sicherstellen, dass die gesamte Energie an diesen Liner übertragen wird, da das "magnetische Gas" eine "Trägheit von null" hat. *
Daraus ergibt sich ein Zweistufen-Kompressor mit ... zwei Layern, einem großen und einem kleinen. Das ist grob das, was man mit dem Sakharov-Plasmon-Geschütz erreicht hätte, wenn man ... dieses Geschütz verschlossen hätte!
Modifiziertes Sakharov-Plasmon-Geschütz
Wir nehmen den ursprünglichen Plan wieder auf. Eine elektrische Entladung erzeugt ein Magnetfeld in der "Kammer" A. Dann wird der Sprengstoff auf der linken Seite gezündet, was zur Ausdehnung des Kupfer-Liners führt.
Der Kupferkegel schließt die Kammer und fängt das Magnetfeld ein, das "komprimiert" wird und versucht, den Aluminiumring in den Raum zwischen dem Kupfer-Geschütz und dem zentralen Liner zu verdrängen. Doch in der neuen Anordnung wird dieser Ring daran gehindert, auszubrechen und trifft mit hoher Geschwindigkeit auf das versiegelte Ende des "Geschützes", wodurch starke Druckverhältnisse entstehen. Natürlich wurde zwischen dem Kupfer-Ring und dem Verschluss auf der rechten Seite, in grauer Farbe, Vakuum erzeugt. Der Aluminiumring spielt die Rolle eines zweiten "Liners", da er beim Durchgang verdampft und in Plasma umgewandelt wird. Der zentrale Liner unterliegt ebenfalls einer plastischen Verformung.
Zurück zur Dissertation von Bavay. Wir werden Elemente der oben gezeigten Anordnung erkennen, die jedoch anders zusammengesetzt sind. Wie bereits erwähnt, sind die beiden Linner "aus Drähten" und werden zu Plasma. Es muss eine gewisse magnetische Druckkraft in der Kammer A erzeugt werden, bevor diese geschlossen wird. Es bleibt noch, den Antriebsmechanismus, das Gas aus der Explosion, durch eine magnetische Druckkraft zu ersetzen. Dann erhalten wir folgendes:
Anordnung der Dissertation von Mathias Bavay
Um dies besser zu verstehen, wäre es vielleicht sinnvoll, die beiden Zeitpunkte, die hier in einem Bild dargestellt sind, auf ein einziges Bild zu komponieren. Hier ist also zunächst diese Anordnung von Bavay in ihrem ursprünglichen Zustand:
Anordnung von Mathias Bavay in ihrem ursprünglichen Zustand
Es gibt zwei elektrische Entladungen, eine in Violett, die "primäre Entladung", und eine in Rot, die "sekundäre Entladung". Diese beiden Entladungen erzeugen ein Magnetfeld innerhalb zweier koaxialer Hohlräume mit toroidaler Geometrie. Man erkennt einen zylindrischen Liner, der in Wirklichkeit aus einem ersten Satz von Drähten besteht. Aus der Dissertation von Bavay geht hervor, dass diese Drähte nicht sofort in metallisches Plasma umgewandelt werden, wenn sie von einem starken elektrischen Strom durchflossen werden. Im Gegenteil, sie haben eine ziemlich lange Lebensdauer, die bis zu 80 % der Zeit betragen kann, die dieser "Drahtvorhang" benötigt, um sich radial in Richtung der Achse zu bewegen. Das ist also der Schlüssel zum Erhalt der Achsensymmetrie in der Sandia-Experimente. Wenn dieses Objekt implodiert, handelt es sich nicht um eine Gruppe von Drähten, die nebeneinander liegen, noch um einen Plasma-Vorhang, sondern um eine "Kombination aus beiden". Dieses Phänomen wurde von Malcom Haines theoretisch beschrieben, der dies "die Bildung einer Hülle" nennt:
Bildung der "Hülle"
Oben die Drähte kurz nach Beginn der Entladung. Sie beginnen, sich oberflächlich zu sublimieren. Diese noch intakten Drähte sind von einer Schicht aus metallischem Plasma umgeben. In der Dissertation von Bavay wird erwähnt, dass die Drähte einen kühlen, festen Kern behalten. Sie verdampfen an ihrer Peripherie und emittieren ein Plasma aus metallischen Atomen, das sich ausbreitet. Wenn diese Plasmasäulen zusammentreffen, bildet sich die "Krone". Bavay schreibt, dass diese Krone sich bildet, wenn 80 % der Implosionszeit vergangen sind. Dies bedeutet, dass während dieser gesamten Zeit die Stromkreise in den Drähten individuell fließen. Wenn MHD-Instabilitäten in einem Plasma (einem ionisierten Gas) auftreten können, bei dem lokal die Stromdichte schwanken kann, sowie die Stärke des Magnetfeldes, ist dies bei einem Drahtvorhang nicht der Fall.
In seiner Dissertation wird erwähnt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der metallischen Dampfmasse 10.000 m/s für Wolfram und 22.000 m/s für Aluminium beträgt. Die Größenordnung des Durchmessers der Drähte (insgesamt 240 Stück): 10 Mikrometer.
Ich habe die Ausbreitungsgeschwindigkeit für Edelstahl-Drähte nicht gefunden. Die Leute von Sandia waren sehr überrascht, als sie feststellten, dass die Temperatur am Ende der Implosion 2 Milliarden Grad erreichte. Eine mögliche Erklärung könnte sein, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Edelstahl-Dampfs geringer ist, was die Bildung der "Krone" verzögert, in der Instabilitäten entstehen können. Da wie oben erwähnt die Drähte einen "kühlen Kern" behalten, sind es praktisch "Drähte", die sich am Mittelpunkt treffen, wobei der Plasma-Strang erst in den allerletzten Momenten der Implosion gebildet wird. Somit könnte die radiale Geschwindigkeit zum Zeitpunkt des Aufpralls 1000 km/s erreichen, anstatt wie bisher mehrere hundert km/s. Daraus ergibt sich eine Temperatursteigerung, die auf einen ... Materialwechsel zurückzuführen ist. Offene Frage.
Zu diesem Zeitpunkt vereinigen sich die Plasma-Schichten. So wird auf zwei Ebenen gewonnen. Diese Schließung ermöglicht die Bildung einer "dichten" Barriere gegenüber dem Magnetfeld, während die Unregelmäßigkeit des Mediums in azimutaler Richtung die Wachstumsrate von MHD-Instabilitäten hemmt und die Achsensymmetrie des Prozesses aufrechterhält.
Nehmen wir den Plan der Dissertation von Bavay nochmals auf, nachdem wir ihn überarbeitet haben:
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