La Máquina Francesa Z
La tesis de Mathias Bavay
archivo publicado el 17 de junio de 2006
Se puede encontrar esta tesis, muy bien documentada, en:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
Título:
Compresión de flujo magnético en un régimen sub-microsegundo para obtener altas presiones y radiación X
defendida 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 impulsos de corriente de 2,5 millones de amperios, con una duración de 800 nanosegundos.
Generador eléctrico ECF de Gramat
Una vista en primer plano indica el diámetro de la instalación, aproximadamente 20 metros (contra treinta y tres para la máquina Z de Sandia).
Vista en primer plano
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 en los que un explosivo químico ejercía una presión sobre un "liner" compuesto por un material conductor de la electricidad, cobre o aluminio. Este liner se comprimía, por lo tanto, comprimiendo un campo magnético presente en su interior, previamente instalado mediante una descarga eléctrica realizada en una bobina solenoide mediante un banco de condensadores. La idea desarrollada en la tesis de Bavay consiste en utilizar un liner hecho de hilos, como "émbolo", y sustituir la presión externa, de origen químico en los compresores de magnetoacumulación, por una "presión magnética". Se recuperan dos ideas:
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Utilizar un liner más ligero, con menor inercia
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Asegurarse de que toda la energía se transmita a él, el "gas magnético" teniendo una "inercia nula".
Así se llega a un compresor de dos etapas, con... dos liners, uno grande y otro pequeño. Básicamente, es lo que se habría obtenido con el cañón de plasmoide de Sakharov si se hubiera... cerrado dicho cañón.
Cañón de plasmoide de Sakharov, modificado
Se vuelve al esquema inicial. Una descarga eléctrica crea un campo magnético en la "culata" A. Luego, el explosivo se dispara desde 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 al espacio situado entre el "cañón" de cobre y el liner central, repleto de explosivo. Pero en el nuevo montaje se impedirá la expulsión de este anillo, que impactará a gran velocidad en el extremo cerrado del "cañón", generando fuertes presiones. Por supuesto, se habrá hecho el vacío entre el anillo de cobre y el obturador situado a la derecha, de color gris. El anillo de aluminio actúa como un segundo "liner" al vaporizarse al pasar, transformándose en plasma. El liner central también sufre una transformación plástica.
Volviendo a la tesis de Bavay. Reconoceremos elementos del montaje anterior, construidos de forma diferente. Como ya dijimos, los dos liners son "de hilos" y se transformarán en plasma. Es necesario crear cierta presión magnética dentro de la cavidad A antes de que esta se cierre. Queda por sustituir el elemento propulsor, el gas procedente de la explosión, por una presión magnética. Así obtenemos lo siguiente:
Montaje de la tesis de Mathias Bavay
Para comprender mejor, tal vez sería conveniente recomponer los dos tiempos representados aquí en una única 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 con geometría toroidal. Se distingue un "liner" cilíndrico que en realidad está formado por un primer conjunto de hilos. En la tesis de Bavay se indica que cuando estos hilos son atravesados por una intensa corriente eléctrica no se transforman instantáneamente en plasma metálico. Al contrario, tienen una vida útil bastante larga, que puede alcanzar el 80 % del tiempo que tarda este "telón de hilos" en desplazarse radialmente hacia el eje, convergiendo hacia él. Este es precisamente el secreto del mantenimiento de la axialidad en el experimento de Sandia. Cuando este objeto colapsa, no se trata ni de un conjunto de hilos dispuestos uno al lado del otro, ni de una cortina de plasma, sino de una "mezcla de ambos". Esto ha sido teorizado por Malcolm Haines, quien lo denomina "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 envoltura de plasma metálico. En la tesis de Bavay se indica que los hilos conservan un núcleo frío, sólido. Se vaporizan en su periferia emitiendo un plasma compuesto 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 ha transcurrido el 80 % del tiempo de implosión. Esto significa que durante todo este tiempo las corrientes eléctricas fluyen de forma individual a través de los hilos. Si las inestabilidades MHD pueden producirse en un plasma (un gas ionizado) donde localmente la densidad de corriente puede fluctuar, al igual que la intensidad del campo magnético, esto no ocurre en un telón de hilos.
En su tesis se indica 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 (un total de 240) es de 10 micrones.
No he encontrado la velocidad de expansión para hilos de acero inoxidable. Las personas de Sandia se sorprendieron mucho al ver que la temperatura alcanzada al final de la implosión llegaba a 2.000 millones de grados. Una explicación posible sería que la velocidad de expansión del vapor de acero inoxidable fuera más baja, lo que retrasaría la formación de la "corona" donde podrían surgir inestabilidades. Como se dijo anteriormente, los hilos conservan un "núcleo frío", por lo que son prácticamente "hilos" los que llegan al eje, el cordón de plasma formándose 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 los 1000 km/s. De ahí este aumento de temperatura relacionado con un... cambio de material. Pregunta abierta.
En el tiempo tm, estas envolturas de plasma se unen. Así se gana en dos aspectos. Esta cerradura permite formar una "barrera hermética" respecto al campo magnético, mientras que la no uniformidad del medio en sentido azimutal se opone al crecimiento de inestabilidades MHD y mantiene la axialidad del proceso.
Reprendamos el esquema de la tesis de Bavay, tras haberlo reworkiado:
Montaje Bavay tras el crowbar
En estas descargas, los condensadores se descargan en circuitos que poseen inductancia. Para quien sabe ver en 3D, estas distribuciones de las dos láminas de corriente violeta y roja tienen la geometría de las curvas generadoras de un toro. Son "algo así como bobinas". Cuando el telón "hilo + plasma metálico" ha avanzado hacia el eje, cierra lo que Bavay denomina un "gap". Al hacerlo, esta "bobina" queda aislada del condensador que la cargó. Se recupera el tema del crowbar mencionado anteriormente en el conjunto del dossier. Esta corriente eléctrica roja continuará...