Erläuterungen zur Z-Maschine

Erläuterungen

20. Juni 2006.

Letzte Aktualisierung: 14. Juli 2006 (unten)

21. Juni 2006: Beitrag im Agoravox-Archiv, Ausgabe vom 19. Juni. Titel:

„Zwei Milliarden Grad. Die Menschheit entdeckt den absoluten Feuer und niemand schert sich darum.“ 128 Antworten

Nachdem ich einen Blick in das Forum agoravox.fr geworfen hatte, stellte ich fest, dass zwar einige die Bedeutung des Durchbruchs im Mai 2005 an der Z-Maschine von Sandia erkannt hatten, andere jedoch immer noch eine ziemlich verwirrte Vorstellung von dem Ganzen hatten, vermutlich weil ich mich nicht ausreichend klar ausgedrückt hatte. Daher werde ich hier auf die Fragen antworten, die sich aus diesem Forum ergaben, oder auf falsche Bemerkungen eingehen. In beliebiger Reihenfolge, nach Erinnerung:

Bemerkung eines Lesers: Diese zwei Milliarden Grad sind nichts Besonderes. Man erreicht viel höhere Temperaturen in Teilchenbeschleunigern.

Antwort: Das hat nichts miteinander zu tun. Es ist zwar möglich, Teilchen zu beschleunigen und sie mit einer relativen Geschwindigkeit V aufeinanderprallen zu lassen. Da diese Teilchen eine Masse m haben, kann man „die entsprechende Temperatur ableiten“. Ein Leser sagt mir, dass in Teilchenbeschleunigern die Kollision von 200 Kernen erreicht wird. Kann man diese Population als „Gas“ betrachten? Das ist umstritten. Aber selbst dann bleibt es extrem verdünnt im Vergleich zu einem Plasma, ganz zu schweigen von einem dichten Plasma wie dem, das in der Z-Maschine erzeugt wird.

Im Allgemeinen kann man aus Überlegungen der „hochenergetischen Physik“, die sich auf extrem verdünnte Medien beziehen, keine Schlussfolgerungen ableiten, die auf die hyperdichten Plasmen der „inertialen Fusion“ zutreffen.

Ich bemerke, dass einige Leser immer noch nicht richtig verstehen, was „inertiales Einschluss“ bedeutet. Die Atome sind „für eine gewisse Zeit“ dicht beieinander. Wenn die Bedingungen so sind, dass der mittlere freie Weg der Reaktion (hier der Fusion) kleiner ist als die Zeit, in der dieses Medium eingeschlossen bleibt, dann findet die Reaktion (Fusion) statt.

Eine Wasserstoffbombe funktioniert durch inertiales Einschluss. Lithium-Deuterid wird komprimiert und bleibt „eingeschlossen“ für eine ausreichend lange Zeit, damit die Fusionsreaktionen stattfinden können. Bei Bomben dauert dies Zehntel von Nanosekunden.

Bemerkung eines Lesers: Zwei Milliarden Grad zu erreichen, ist sehr schön. Aber man muss diese Temperatur ja auch halten können! Ich erinnere daran, dass dies das Problem bei Tokamaks und Geräten wie ITER ist, die noch viele gute Tage vor sich haben.

Antwort: Bei der „inertialen Fusion“ ist der Einschluss gerade durch die Trägheit verursacht und dauert nur sehr kurz. Aber er ist ausreichend lang, damit die Fusionsreaktionen stattfinden können. Eine Wasserstoffbombe ist ein System mit inertialem Einschluss, bei dem Lithiumhydrid plötzlich durch den Strahlungsdruck einer Atombombe (in Form von Röntgenstrahlen) komprimiert wird. Einfacher ausgedrückt: Eine Atombombe funktioniert ebenfalls durch inertiales Einschluss. Eine hohle Plutoniumkugel wird plötzlich durch eine Sprengladung komprimiert. Und alles geschieht innerhalb von Zehnteln von Nanosekunden. Und das funktioniert bereits mit „nur“ 500 Millionen Grad. Wenn man eine Lithiumhydridnadel auf die Achse des „Fadenrohres“ der Z-Maschine legen würde, dann würde bei zwei Milliarden Grad die Fusion sofort erfolgen. Ich denke, die Amerikaner haben diese Versuche schnell durchgeführt, aber nicht öffentlich bekannt gemacht, da dies militärische Implikationen hat. Das könnte auch die Entscheidung des US-Kongresses erklären, die 6000 amerikanischen Sprengköpfe durch „neue Bomben“ zu ersetzen.

Im Gegensatz dazu dauert die Fusion im Zentrum der Sonne, wo es nur 20 Millionen Grad sind, sehr lange.

Der berühmte „Lawson-Kriterium“ ergibt sich einfach daraus, dass während der Zeit, in der die Temperatur erreicht wird, die Fusionsreaktionen ausreichend Zeit haben, stattzufinden. Es geht um die „effektiven Querschnitte der Kollision“. In einem Tokamak wie ITER ist die Fusion natürlich langsam (ansonsten würde die Maschine ja wie eine Bombe explodieren).

Der Verbrennungsmotor ist eine gute Vorstellung für eine Reaktion im inertialen Einschluss. Die Verbrennung ist sehr schnell und findet während der kurzen Temperaturphase statt (bei Dieselmotoren am Ende der Kompression). Die Analogie zwischen ITER und der Dampfmaschine ist daher nicht so dumm, wie sie klingt. In der Dampfmaschine werden die Kalorien kontinuierlich in einem Kessel zugeführt. Bei einem sogenannten „Explosionsmotor“ werden sie hingegen impulsartig, in sehr kurzen Zeitintervallen, zugeführt.

Bemerkung eines Lesers: Ich sehe nicht, wie man eine Z-Maschine in einen Stromgenerator verwandeln könnte. Man müsste jedes Mal die ganze Ausrüstung neu aufbauen, oder?

Antwort: Die ersten Kanonen wurden nicht durch die Mündung geladen. Man musste Pulver, Stopfzeug und Geschoss einlegen. Das war … langsam. Bei einer Maschinenpistole oder einem Schnellfeuergeschütz ist das … deutlich schneller, weil man zwischenzeitlich die Patrone erfunden hat. Stellen Sie sich also „Patronen“ vor, bestehend aus Scheiben-Elektroden, Fadenrohr („Spatzenkäfig“) und Lithiumhydrid-Ziel (bewaffnet, es ist ein weiches Metall), die entlang der Achse angeordnet sind. Stellen Sie sich vor, man könnte diese Patronen mit hoher Geschwindigkeit in die Maschine einlegen.

Die Idee stammt von einem nicht-wissenschaftlichen Leser!

Bemerkung eines Lesers: Ich sehe nicht, wie man eine Z-Maschine in eine Bombe verwandeln könnte. Sie ist schwer und unhandlich.

Antwort: Lesen Sie meine Artikel noch einmal durch. Die Z-Maschine liefert 20 Millionen Ampere in einem Bruchteil einer Mikrosekunde (0,1 µs). Aber der russische Scheiben-Generator liefert 35 Millionen Ampere in einem Bruchteil einer Mikrosekunde und ist ein Sprenggerät mit einem Gewicht von etwa hundert Kilogramm. Auf meiner Website findet der Leser wie aus Lego-Steinen alle Bauteile, um eine Lithiumhydrid-Bombe mit „reiner Fusion“ herzustellen, indem man magnetisch-pyrotechnische Systeme (russischer Art) miteinander verbindet. Wenn diese Fusion in Sandia erreicht wurde (und ich bin überzeugt, dass dies der Fall ist), dann arbeiten die Teams von Los Alamos und Livermore (siehe Artikel des Los Angeles Times) seit einem Jahr Tag und Nacht daran.

Bemerkung eines Lesers: Man muss warten, bis diese Ergebnisse – diese zwei Milliarden Grad – von anderen Teams bestätigt wurden.

Antwort: Derzeit liefert dieser impulsartige elektrische Generator – denn die Maschine von Sandia ist vor allem das – 20 Millionen Ampere in 0,1 µs. Sie ist die Einzige, die das leisten kann. Der Generator des militärischen Forschungszentrums Gramat (Frankreich, Lot) liefert 2,5 Millionen Ampere ebenfalls im sub-mikrosekundigen Bereich. Der britische Generator Magpie liefert 1,4 Millionen Ampere. Die Russen mögen zwar noch kein Äquivalent zur Z-Maschine besitzen, aber das wird nicht lange dauern.

Bisher war es den Leuten nicht notwendig, höhere Stromstärken anzustreben, weil diese Maschinen ursprünglich als Quellen von Röntgenstrahlen konzipiert waren, bei denen die Endtemperatur bei der Kompression einige Millionen Grad betrug (vor einigen Jahren, 1999, glaube ich, 2 Millionen Grad in Sandia).

Doch eine Maschine wie die Z-Maschine von Sandia kostet 100 Millionen Dollar, ein Hundertstel von ITER (10 Milliarden Dollar und wahrscheinlich mehr bei der Nutzung). Logischerweise sollte man das sofort in Angriff nehmen. Bavay hatte in seiner Dissertation (siehe meine Website) bereits 60 Millionen Ampere in 100 Nanosekunden empfohlen. Die Franzosen verfügen über ausreichend Know-how, um das in weniger als einem Jahr zu bauen. Glauben Sie mir, „andere Teams bauen sich bereits auf“, aber sehr wahrscheinlich …