Die französische Z-Maschine
Die These von Mathias Bavay
Dossier online gestellt am 17. Juni 2006
Man findet diese gut dokumentierte These unter:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
Titel:
Magnetischer Flusskompression im Sub-Mikrosekundenbereich zur Erzielung hoher Drücke und Röntgenstrahlung
eingereicht am 8. Juli 2002 am CEG (Militärisches Versuchszentrum Gramat, Lot).
Der Generator von Gramat (siehe obenstehende Bilder) ermöglicht die Abgabe von Stromimpulsen mit 2,5 Millionen Ampere und einer Dauer von 800 Nanosekunden.
Elektrischer ECF-Generator von Gramat
Ein Nahansicht zeigt den Durchmesser der Anlage, etwa 20 Meter (gegenüber 33 Meter bei der Z-Maschine von Sandia).
Nahansicht
Zentrale Teil der ECF-Anlage von Gramat
Das von Bavay entworfene, in Gramat und am Sandia-Generator getestete Aufbau ist sehr originell. Die Sowjets hatten Systeme zur Flusskompression entwickelt, bei denen ein chemischer Sprengstoff einen Druck auf einen "Linier" aus elektrisch leitfähigem Material – Kupfer oder Aluminium – ausübte. Dieser Linier implodierte und komprimierte dabei ein zuvor durch eine elektrische Entladung in einer Spule mittels eines Kondensatorbatterie erzeugtes Magnetfeld. Die in der These von Bavay entwickelte Idee besteht darin, einen Faden-Linier als "Piston" zu verwenden und den äußeren, chemisch erzeugten Druck bei den Magneto-Kompressionsanlagen durch einen "magnetischen Druck" zu ersetzen. Dabei werden zwei Konzepte verfolgt:
- Verwendung eines leichteren Liniers mit geringerer Trägheit
- Sicherstellung, dass die gesamte Energie diesem Linier zugeführt wird, da das "magnetische Gas" eine "Trägheit von null" aufweist.
Dadurch entsteht ein zweistufiger Kompressor mit ... zwei Liniers, einem großen und einem kleinen. Grob gesagt, wäre dies das Ergebnis gewesen, wenn man den Plasmoid-Kanon von Sakharov ... verschlossen hätte!
Abgewandelter Plasmoid-Kanon von Sakharov
Wir kehren zum ursprünglichen Schema zurück. Eine elektrische Entladung erzeugt ein Magnetfeld in der "Kammer" A. Anschließend wird der Sprengstoff auf der linken Seite gezündet, wodurch der Kupfer-Linier expandiert.
Der Kupferkegel verschließt die Kammer und fängt das Magnetfeld ein, das durch die Kompression versucht, den Aluminiumring im Raum zwischen dem Kupferkanon und dem zentralen, mit Sprengstoff gefüllten Linier nach außen zu drücken. Doch bei diesem neuen Aufbau wird dieser Ring nicht nach außen gedrängt, sondern trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die verschlossene Spitze des "Kanons", wodurch starke Drücke entstehen. Natürlich wurde der Raum zwischen dem Kupferring und dem Verschluss auf der rechten Seite, in grauer Farbe dargestellt, evakuiert. Der Aluminiumring fungiert als zweiter Linier, indem er beim Durchgang verdampft und in Plasma übergeht. Auch der zentrale Linier erfährt eine plastische Verformung.
Zurück zur These von Bavay. Wir erkennen Elemente des oben gezeigten Aufbaus, jedoch anders zusammengesetzt. Wie bereits erwähnt, sind die beiden Liniers "fadenförmig" und werden ebenfalls in Plasma übergehen. Es muss zunächst ein gewisser magnetischer Druck in der Kammer A erzeugt werden, bevor diese verschlossen wird. Der treibende Faktor, das aus der Explosion stammende Gas, muss nun durch einen magnetischen Druck ersetzt werden. Damit ergibt sich folgendes Bild:
Aufbau der These von Mathias Bavay
Um dies besser zu verstehen, wäre es vielleicht sinnvoll, die beiden Zustände hier dargestellt auf einer einzigen Abbildung zusammenzufügen. Zunächst sehen wir also diesen Aufbau von Bavay in seinem ursprünglichen Zustand:
Aufbau von Mathias Bavay im ursprünglichen Zustand
Zwei elektrische Entladungen finden statt: eine in Violett, die „Primär-Entladung“, und eine in Rot, die „Sekundär-Entladung“. Beide erzeugen ein Magnetfeld innerhalb zweier koaxialer, toroider Hohlräume. Man erkennt einen zylindrischen Linier, der tatsächlich aus einem ersten Satz von Fäden besteht. In der These von Bavay wird erwähnt, dass diese Fäden bei starker elektrischer Stromdurchflutung nicht sofort in metallisches Plasma übergehen. Im Gegenteil, sie verfügen über eine ziemlich lange Lebensdauer, die bis zu 80 % der Zeit betragen kann, die der „Fadenvorhang“ benötigt, um radial in Richtung Achse zu wandern. Dies ist der Schlüssel zur Erhaltung der Achsensymmetrie in den Sandia-Experimenten. Wenn dieses Objekt implodiert, handelt es sich weder um eine Ansammlung von nebeneinander liegenden Fäden noch um einen Plasma-Vorhang, sondern um eine „Mischung aus beiden“. Dieses Phänomen wurde von Malcolm Haines theoretisch behandelt, der dies als „Bildung einer Hülle“ bezeichnet:
Bildung der „Hülle“
Oben: Die Fäden kurz nach Beginn der Entladung. Sie beginnen, oberflächlich zu sublimieren. Diese noch festen Fäden sind von einer Schicht metallischen Plasmas umgeben. In der These von Bavay wird erwähnt, dass die Fäden einen kalten, festen Kern behalten. Sie verdampfen an der Peripherie und emittieren ein Plasma aus metallischen Atomen, das sich ausdehnt. Wenn diese Plasmazylinder zusammentreffen, bildet sich die „Krone“. Bavay schreibt, dass diese Krone sich bildet, wenn 80 % der Implosionszeit verstrichen sind. Das bedeutet, dass während dieser gesamten Zeit die Stromkreise in den Fäden einzeln verlaufen. Obwohl Instabilitäten der MHD (Magnetohydrodynamik) in einem Plasma (einem ionisierten Gas) auftreten können, wenn lokal die Stromdichte oder die Stärke des Magnetfeldes schwankt, ist dies bei einem Faden-Vorhang nicht der Fall.
In seiner These findet man, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des metallischen Dampfs bei Wolfram 10.000 m/s und bei Aluminium 22.000 m/s beträgt. Die Größenordnung des Fadendurchmessers (insgesamt 240 Fäden): 10 Mikrometer.
Ich habe die Ausbreitungsgeschwindigkeit für Edelstahl-Fäden 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 wäre, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Dampfs aus Edelstahl geringer ist, was die Bildung der „Krone“ verzögert, in der Instabilitäten entstehen könnten. Da wie oben erwähnt die Fäden einen „kalten Kern“ behalten, handelt es sich praktisch um „Fäden“, die sich an der Achse treffen, wobei der Plasmastrom nur in den allerletzten Momenten der Implosion entsteht. Dadurch könnte die radiale Geschwindigkeit zum Zeitpunkt des Aufpralls nicht mehr mehrere hundert km/s, sondern bis zu 1000 km/s betragen. Daraus resultiert eine Temperaturerhöhung, verursacht durch einen ... Materialwechsel. Offene Frage.
Zum Zeitpunkt tm treffen sich die Plasmaschalen. Dadurch gewinnt man auf zwei Ebenen. Diese Schließung ermöglicht die Bildung einer „dichten Trennwand“ gegenüber dem Magnetfeld, während die Nicht-Uniformität des Mediums in azimutaler Richtung das Wachstum von MHD-Instabilitäten hemmt und die Achsensymmetrie des Prozesses aufrechterhält.
Wir kehren zum Schema der These von Bavay zurück, nachdem wir es überarbeitet haben:
Bavay-Aufbau nach Crowbar
Bei dieser Entladung entladen sich Kondensatoren in Schaltkreise mit Induktivität. Wer in 3D sehen kann, erkennt, dass die Verteilung der beiden violetten und roten Stromschichten die Geometrie der Erzeugenden eines Torus aufweist. Es handelt sich um „Art von Spulen“. Wenn der „Faden-Plasma-Vorhang“ sich der Achse genähert hat, schließt er das sogenannte „Gap“, das Bavay beschreibt. Dadurch wird diese „Spule“ vom Kondensator, der sie geladen hat, isoliert. Wir finden hier den oben erwähnten „Crowbar“-Effekt wieder. Der rote elektrische Strom wird weiterhin „...“