Tesis de Mathias Bavay sobre la máquina Z francesa
La máquina Z francesa
La tesis de Mathias Bavay
archivo subido el 17 de junio de 2006
Se puede encontrar esta tesis, muy documentada, en:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
Título :
Compresión de flujo magnético en un régimen sub-milisegundo para la obtención de altas presiones y radiación X
sostenida el 8 de julio de 2002 en el CEG (Centro Militar de Experimentación de Gramat, Lot).
El generador de Gramat (ver imágenes arriba) permite entregar pulsos de corriente de 2,5 millones de amperios, de una duración de 800 nanosegundos.
Generador eléctrico ECF de Gramat
Una vista de cerca indica el diámetro de la instalación, aproximadamente 20 metros (contra treinta y tres para la máquina Z de Sandia).
Vista de cerca
Parte central de la instalación ECF de Gramat
El montaje imaginado por Bavay, probado en Gramat y en el generador de Sandia es muy original. Los soviéticos habían inventado sistemas de compresión de flujo donde un explosivo químico ejercía presión sobre un "liner" constituido por un material conductor de electricidad, cobre o aluminio. Este liner se comprimía, por lo tanto, comprimiendo un campo magnético que allí existía, previamente instalado mediante una descarga eléctrica realizada en una bobina con una batería de condensadores. La idea desarrollada en la tesis de Bavay consiste en utilizar un liner de hilos, como "pistón" y reemplazar la presión exterior, de origen químico para los compresores de magneto-cumulación, por una "presión magnética". Se encuentran dos ideas:
*- Utilizar un liner más ligero, de menor inercia
- Asegurarse de que toda la energía sea comunicada a éste, el "gas magnético" teniendo una "inercia nula". *
De esta forma se llega a un compresor de dos etapas, con ... dos liners, uno grande y otro pequeño. Es en general lo que se habría obtenido con el cañón de plasmoide de Sakharov si se hubiera .... cerrado este cañón!
Cañón de plasmoide de Sakharov, modificado
Se retoma el esquema inicial. Una descarga eléctrica crea un campo magnético en la "culata" A. Luego, el explosivo se enciende por la parte izquierda, provocando la expansión del "liner" de cobre.
El cono de cobre cierra la culata, atrapando el campo magnético que, "comprimido", tiende a expulsar el anillo de aluminio en el espacio situado entre el "cañón" de cobre y el liner central, lleno de explosivo. Pero en un nuevo montaje se impedirá la expulsión de este anillo, que impactará a gran velocidad en la extremidad cerrada del "cañón", generando fuertes presiones. Por supuesto, se habrá hecho vacío entre el anillo de cobre y el obturador situado a la derecha, de color gris. El anillo de aluminio desempeña el papel de un segundo "liner" al pasar a vapor, transformándose en plasma. El liner central también sufre una transformación plástica.
Volvamos a la tesis de Bavay. Reconoceremos elementos del montaje anterior, pero constituidos de manera diferente. Como dijimos, los dos liners son "de hilos" y se convertirán en plasma. Es necesario crear cierta presión magnética en la cámara A antes de que esta sea cerrada. Queda por reemplazar el elemento propulsor, el gas proveniente de la explosión, por una presión magnética. Entonces obtenemos esto:
Montaje de la tesis de Mathias Bavay
Para comprender mejor, quizás sería útil reconstruir los dos momentos representados aquí en una sola imagen. Aquí está primero este montaje de Bavay, en su estado inicial:
Montaje de Mathias Bavay, en su estado inicial
Hay dos descargas eléctricas, una representada en violeta, la "descarga primaria" y otra en rojo, la "descarga secundaria". Estas dos descargas crean un campo magnético dentro de dos cavidades coaxiales, de geometría toroidal. Se distingue un "liner" cilíndrico que en realidad está constituido por un primer conjunto de hilos. Se aprende en la tesis de Bavay que cuando estos hilos son recorridos por una intensidad eléctrica fuerte, no se transforman instantáneamente en plasma metálico. Al contrario, tienen una vida bastante larga, que puede alcanzar el 80% del tiempo que tarda este "telón de hilos" en moverse radialmente hacia el eje. Es por eso que es todo el secreto del mantenimiento de la axisimetría en la manipulación de Sandia. Cuando este objeto implosiona, no es un conjunto de hilos dispuestos uno al lado del otro, ni un telón de plasma, sino una "mezcla de ambos". Esto fue teorizado por Malcolm Haines, quien lo llama "la formación de una cáscara":
Formación de la "cáscara"
En la parte superior, los hilos poco tiempo después de la iniciación de la descarga. Comienzan a sublimarse superficialmente. Estos hilos aún sólidos están rodeados por una capa de plasma metálico. En la tesis de Bavay se lee que los hilos mantienen un núcleo frío, sólido. Se vaporizan en su periferia emitiendo un plasma formado por átomos metálicos que se expande. Cuando estos cilindros de plasma se unen, se forma la "corona". Bavay escribe que esta corona se forma cuando el 80% del tiempo de implosión ha transcurrido. Esto significa que durante todo este tiempo, las corrientes se efectúan en los hilos de manera individual. Si pueden surgir inestabilidades MHD en un plasma (un gas ionizado) donde localmente la densidad de corriente puede fluctuar, así como la intensidad del campo magnético, esto no ocurre en un telón de hilos.
En su tesis se encuentra que la velocidad de expansión del vapor metálico es de 10.000 m/s para el tungsteno y de 22.000 m/s para el aluminio. El orden de magnitud del diámetro de los hilos (en número de 240): 10 micrones.
No he encontrado la velocidad de expansión para hilos de acero inoxidable. Las personas de Sandia estuvieron muy sorprendidas al ver que la temperatura alcanzada al final de la implosión alcanzaba 2 mil millones de grados. Una explicación posible sería que la velocidad de expansión del vapor de acero inoxidable sería más baja, lo que retrasaría la formación de la "corona" donde pueden surgir inestabilidades. Como se dijo anteriormente, los hilos mantendrían un "núcleo frío", por lo tanto, son prácticamente "hilos" que se encuentran en el eje, el cordón de plasma siendo formado en los últimos momentos de la implosión. Así, en lugar de cientos de kilómetros por segundo, la velocidad radial en el momento del impacto podría alcanzar 1000 km/s. De ahí este aumento de temperatura relacionado con un ... cambio de material. Pregunta abierta.
En el tiempo tm, estas capas de plasma se unen. Entonces se gana en dos aspectos. Esta cerradura permite constituir una "pared" hermética con respecto al campo magnético, mientras que la no uniformidad del medio, en el sentido azimutal, se opone al crecimiento de inestabilidades MHD y mantiene la axisimetría del proceso.
Reanudemos el esquema de la tesis de Bavay, después de haberlo reworkiado:
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