بیش از دو میلیارد درجه! تحلیل مقاله مالکم هینز (آوریل ۲۰۰۶)

بیش از دو میلیارد درجه! تحلیل مقاله مالکم هینز (آوریل 2006)

بیشتر از دو میلیارد درجه!
مقاله مالکم هینز

منتشر شده در ۲۴ فوریه ۲۰۰۶ در Physical Review Letters

به‌روزرسانی شده در ۱۶ ژوئیه ۲۰۰۶ (داده‌های پایین صفحه در مورد منحنی افزایش جریان در ماشین Z)

****به‌روزرسانی در ۱۸ مارس ۲۰۰۸. پس از انتشار مقاله‌ای در مجله Science et Avenir

**papier_Haines.htm#vilnius ** ****

آهن

برای غیرمتخصصان

خوانندگان می‌پرسند که آیا این دماهای یونی بالاتر از دو میلیارد درجه واقعاً اندازه‌گیری شده‌اند. پاسخ بله است. با این حال، یک پدیده گمراه‌کننده از سال ۱۹۹۸ در آزمایش‌های فشرده‌سازی پلاسما با ماشین Z مشاهده شده بود. این آزمایش‌ها شامل ترتیب‌های مختلفی بودند. به عنوان مثال، هنگامی که "قفس پرنده" منقبض می‌شد، یک "پالس گازی" (یا "فواره گازی") دقیقاً در مرکز فرستاده می‌شد که سپس فشرده می‌شد. انتشار پرتوهای ایکس امکان اندازه‌گیری دماهای الکترونی را فراهم می‌کرد. پلاسما ترکیبی "از دو گونه" است: یون‌ها، سنگین و الکترون‌ها، سبک. در یک "پلاسما آهن"، در آهن یونی، هسته‌های

(۵۶ نوکلئون، ۲۶ پروتون) صدهزار بار سنگین‌تر از الکترون‌ها هستند (هسته‌ها از "نوکلئون‌ها" با جرم‌های بسیار نزدیک تشکیل شده‌اند: پروتون‌ها و الکترون‌ها. یک الکترون ۱۸۵۰ بار سبک‌تر از یک پروتون است).

یک لامپ نئون نیز "این دو گونه" را دارد: الکترون‌ها و یون‌های نئون (اگرچه در این مورد، آن‌ها به طور کامل از "پوشش الکترونی" خود جدا نشده‌اند). هنگامی که لامپ فعال است، ترکیبی "دو دمایی" را شامل می‌شود که در آن گاز تشکیل‌شده از اتم‌ها و یون‌های نئون سرد باقی می‌مانند. (شما می‌توانید لامپ را با دست لمس کنید)، اما "گاز الکترون‌ها" بسیار گرم‌تر است و به ۱۰٬۰۰۰ درجه گرم می‌شود. چرا شما این گرما را با دست خود احساس نمی‌کنید؟ زیرا الکترون‌ها، فقیران، بسیار کم‌مصرف هستند و انرژی، گرما را به شما منتقل نمی‌کنند. با این حال، انرژی کافی دارند تا با برخورد، لایه فلورسنت داخل لامپ را تحریک کنند. به همین دلیل آن‌ها را "لامپ‌های فلورسنت" می‌نامند. فلورسنس توانایی جذب تابش و بازتاب آن در فرکانس دیگر است. به عنوان مثال، فلورسسنین تابش خورشیدی را جذب کرده و در رنگ سبز بازتاب می‌کند. شلوارهای نایلونی می‌توانند تابش فرابنفش را جذب کرده و در دیده‌شدنی بازتاب کنند (این "نور سیاه" بارهای شب‌های مدرن است). این لایه سفید لامپ نئون توسط الکترون‌هایی که انرژی‌های مربوط به محدوده فرابنفش دارند، آسیب می‌بیند، اما با برخورد با مواد تشکیل‌دهنده لایه، بازتاب در نور مرئی ایجاد می‌شود. این لایه به گونه‌ای ساخته شده است که نور آن در هنگام بازتاب نزدیک‌ترین فاصله به نور مرئی باشد. اما این کاملاً ممکن نیست. به همین دلیل است که نور لامپ‌های نئون برای شما چنان "عجیب" به نظر می‌رسد.

آنچه باید به یاد داشت این است که می‌تواند محیط‌های "دو دمایی" وجود داشته باشند. دلیل این وضعیت این است که میدان الکتریکی حاکم در لامپ، مرتبط با ولتاژ دادن به الکترودها، انرژی را اولویت‌دار به الکترون‌ها منتقل می‌کند که سپس آن را با برخوردهای خود به یون‌ها بازگردانند. اما چون انتقال انرژی بین گاز الکترون و گاز یون بسیار کم‌اثر است، می‌توانیم اختلاف دمای بسیار زیادی داشته باشیم. این به خصوص به دلیل رقیق بودن محیط است. اگر لامپ نشت داشته باشد و فشار افزایش یابد، این "وضعیت خارج از تعادل" بلافاصله ناپدید می‌شود. به شدت متصل به یون‌ها، گاز الکترون بسیار سریع سرد می‌شود. در این صورت، این الکترون‌ها، کمتر "حرکت دار" (دمای مطلق در یک گاز با حرکت تصادفی گرمایی متناظر است)، به آرامی به اتم‌ها باز می‌گردند و دوباره بی‌بار می‌شوند.

آزمایش ماشین Z به وضعیتی بسیار عجیب منجر شد. دو گونه در حضور هستند:

• گاز الکترون‌ها

• گاز یون‌ها (در فولاد ضدزنگ، عمدتاً هسته‌های آهن، باردار مثبت)

هنگامی که مردم از سال ۱۹۹۸ تلاش می‌کردند تا اندازه‌گیری‌های خود را توضیح دهند، تنها به دمای الکترونی دسترسی داشتند، با انجام اندازه‌گیری‌های روی پرتوهای ایکس منتشر شده. چرا گاز الکترون‌ها در این آزمایش‌ها منبع اصلی این تابش است؟ زیرا در اطراف پلاسما میدان مغناطیسی بسیار قوی وجود دارد. هنگامی که الکترون‌ها با سرعت ۴۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه وارد این منطقه می‌شوند که در آن میدان مغناطیسی شدید حاکم است، این امر باعث می‌شود که آن‌ها چرخانده شوند. سپس "فراخوانی" می‌کنند، یعنی "تابش ترمز" منتشر می‌کنند. توسط اندازه‌گیری این پرتوهای ایکس منتشر شده، آزمایشگران دمای این گاز الکترون را اندازه‌گیری کردند: ۳۵ میلیون درجه در آزمایش‌هایی که در این مقاله گزارش شده است.

اما با استفاده از فرمول‌ها (رابطه بنت،)، اگر سعی می‌کردند دمایی را که باید یون‌های آهن داشته باشند تا فشار مغناطیسی بزرگ خارجی پلاسما را جبران کنند، باید به این نتیجه برسند که این دما باید بسیار بالاتر باشد. از سال ۱۹۹۸، هرچه آزمایش‌ها انجام شده باشد، این اختلاف دمای دو گونه به عنوان یک واقعیت واضح بود. برای جلوگیری از اینکه پلاسما بلافاصله توسط فشار مغناطیسی فشرده شود، نیاز به مقادیر بالا بود. این موضوع نشان‌دهنده وضعیتی خارج از تعادل است (در تعادل ترمودینامیکی تمام دماهای گونه‌های تشکیل‌دهنده یک ترکیب گازی برابر هستند)، یک وضعیت دو دمایی معکوس نسبت به لامپ نئون، که در آن این بار گاز یون‌ها گرم‌تر از گاز الکترون‌ها بود.

نکته ساده: چه چیزی این "تعادل ترمودینامیکی" را ایجاد می‌کند؟ این انتقال انرژی بین ذرات، از طریق برخوردها است. انرژی به عنوان مثال انرژی جنبشی است

. چرا اندیس i؟ زیرا یک پلاسما ترکیبی از گونه‌های مختلف است، v

سرعت نوسان گرمایی و

سرعت متوسط مربعی است. بنابراین

انرژی جنبشی متوسط است، در گونه مورد نظر. این تعریف خود دمای مطلق است که انرژی جنبشی متوسط (نوسان گرمایی) یک گونه مشخص را بر اساس رابطه زیر مشخص می‌کند:

جایی که k ثابت بولتزمن است که مقدار آن ۱٫۳۸ × ۱۰

در برخوردها ذرات انرژی مبادله می‌کنند. این پدیده به سمت توزیع برابر انرژی همواره روند دارد. وقتی صحبت از انرژی جنبشی خالص است، گونه‌های مختلف تمایل دارند که انرژی جنبشی نوسان گرمایی برابری داشته باشند. بنابراین دماهای مطلق برابر هستند:

فرض کنید دو ذره با جرم‌های متفاوت m

و m

و فرض کنید i سبک‌تر است.

نظریه گازهای کینتیک به ما می‌گوید که نرخ انتقال انرژی جنبشی در یک برخورد متناسب با نسبت

است. اگر جرم‌ها بسیار متفاوت باشند، مشاهده می‌شود که در دمای مشخص (کافی برای اینکه محیط یونی شود، یعنی الکترون‌های آزاد وجود داشته باشد)، تفاوت جرم باعث می‌شود که سرعت نوسان الکترونی و یونی بسیار متفاوت باشد. فرض کنید پلاسما از هیدروژن دوتریوم-تریتیوم با جرم اتمی متوسط ۲٫۵ (۲ برای دوتریوم، ۳ برای تریتیوم) تشکیل شده است. فرض کنید گاز یون‌ها در دمای ۱۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ درجه باشد (در یک توکاماک). سرعت نوسان گرمایی خواهد بود:

تقریباً برابر است با (۳kT

یک پروتون وزنی دارد ۱٫۶ × ۱۰

کیلوگرم

جرم متوسط یون‌های هیدروژن بنابراین ۱٫۶ × ۱۰

× ۲٫۵، یعنی ۴ × ۱۰

کیلوگرم

بنابراین سرعت نوسان گرمایی متوسط یون‌های هیدروژن در توکاماک ۱۰

متر بر ثانیه، یعنی

هزار کیلومتر بر ثانیه

. عدد جالبی برای به یاد داشتن. در توکاماک تعادل ترمودینامیکی حاکم است. دمای گاز الکترون برابر با دمای یون‌ها است. اما سرعت نوسان الکترون‌ها بیشتر از سرعت یون‌ها است، در معکوس ریشه مربع نسبت جرم‌ها.

جرم یک الکترون است

= ۰٫۹۱ × ۱۰

کیلوگرم

در پلاسماهای سنگین هیدروژن، نسبت جرم برابر با ۴۴۰۰ است، و نسبت سرعت‌های نوسان گرمایی برابر ریشه مربع این عدد، یعنی ۶۶ است. بنابراین سرعت نوسان گرمایی الکترون‌ها در توکاماک ۶۶ بار بیشتر از یون‌ها است و بنابراین ۶۶٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه است، که ۲۰ درصد سرعت نور است. نکته ساده.

در پلاسما آهن ماشین Z، نسبت جرم به ۱۰۰٬۰۰۰ می‌رسد. در یک پلاسما آهن در تعادل، نسبت سرعت‌های گرمایی بین الکترون‌ها و یون‌های آهن ۳۱۶ خواهد بود. اما همانطور که در ادامه خواهیم دید، پلاسما آهن ماشین Z بسیار خارج از تعادل است. تفاوت با لامپ‌های فلورسنت این است که این بار دمای الکترونی ۱۰۰ برابر کمتر از دمای یون‌ها است. بنابراین این نوع جدیدی از پلاسما است

در حالت خارج از تعادل معکوس

این محیط جدید، به خوبی شناخته نشده، باید کشف شود. در واقع یک "غرب ماهواره‌ای" واقعی برای آزمایشگران و نظریه‌پردازان. ماشین Z ابتدا یک تولیدکننده برق قوی است:

ماشین Z ساندیا، قبل از سال ۲۰۰۷

(از آن زمان تغییر کرده و به ZR، "تعمیر شده" تبدیل شده است)

این ماشین پالس‌هایی با شدت ۱۸ میلیون آمپر در ۱۰۰ نانو ثانیه تولید می‌کند. یک نانو ثانیه یک میلیاردیم ثانیه است. شدت جریان به صورت خطی افزایش می‌یابد: منحنی افزایش شدت جریان در ماشین Z (مشابه در ZR)

ماشین ZR، از سال ۲۰۰۷ فعال است و قادر به افزایش به ۲۶ میلیون آمپر است، همچنان در ۱۰۰ نانو ثانیه

ماشین Z جریان را به یک "لایه سیمی" فرستاده، نوعی قفس پرنده با ارتفاع ۵ سانتی‌متر و قطر ۸ سانتی‌متر که از ۲۴۰ سیم فولاد ضدزنگ تشکیل شده است، نازک‌تر از موی انسان:

ساختار "لایه سیمی"

بنابراین در هر سیم جریانی برابر با:

۷۵٬۰۰۰ آمپر

هر سیم یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با سیم‌های همسایه با نیروی لاپلاس I B تعامل دارد. این نیروها به سمت مرکز هستند و تمایل دارند تمام این سیم‌ها را در امتداد محور سیستم جمع کنند.

نیروهای لاپلاس تمایل دارند سیم‌ها را در امتداد محور سیستم جمع کنند

طرحی که بسیار به گرولد یوناس، اختراع‌کننده ماشین، مورد علاقه بود

هنگامی که سیم‌ها به هم نزدیک می‌شوند، به تدریج تبخیر می‌شوند:

تشکیل پوسته پلاسما

(پایان‌نامه ماتیاس بوا)

ساختار سیم‌ها باعث حفظ محوریت و جلوگیری از ظهور ناپایداری‌های MHD می‌شود. نظرات در مورد رفتار این لایه سیمی در طول انفجار متفاوت است. سیم حول خود یک پوسته پلاسما از آهن دارد. آزمایش نشان می‌دهد که سیم‌ها پس از خود یک "دنباله کometی" باقی می‌گذارند که ۳۰ درصد جرم آن را تشکیل می‌دهد.

این انفجار می‌تواند محاسبه شود (بیشتر در ادامه). شعاع این قفس ۴ سانتی‌متر و زمان ۱۰۰ نانو ثانیه است، بنابراین سرعت متوسط نزدیک شدن ۴۰۰ کیلومتر بر ثانیه است. در واقع تندی افزایشی دقیقاً قبل از تماس وجود دارد. سرعت یون‌ها قبل از برخورد بین ۵۵۰ تا ۶۵۰ کیلومتر بر ثانیه است. حفظ محوریت باعث می‌شود که پلاسما آهن در پایان انفجار به یک نوار با قطر ۱٫۵ میلی‌متر تبدیل شود.

یون‌ها و الکترون‌ها با سرعت یکسان به محور حرکت می‌کنند. نمی‌توان دو جمعیت را به دلیل نیروهای الکترواستاتیک شدیدی که آن‌ها را به هم متصل می‌کنند، جدا کرد. وقتی این ذرات، یون‌های آهن و الکترون‌ها، در نزدیکی محور به هم برخورد می‌کنند، ترموالیزاسیون رخ می‌دهد، یعنی به طور ایده‌آل، انرژی جنبشی مربوط به سرعت شعاعی در تمام جهات پخش می‌شود. این برای یون‌ها و الکترون‌ها صدق می‌کند.

در مرحله اول، الکترون‌ها را نادیده بگیرید و فرض کنید یک جمعیت از اشیاء با جرم برابر با جرم یون‌های آهن در نزدیکی محور با سرعت ۶۵۰ کیلومتر بر ثانیه قرار دارند.

جرم یون‌های آهن ۹ × ۱۰

کیلوگرم است

ما می‌نویسیم:

V = ۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه

ما به دمای یونی ۹۲۵ میلیون درجه می‌رسیم. تبدیل ساده این سرعت شعاعی به سرعت نوسان گرمایی یون‌ها.

محاسبه مشابه را برای الکترون‌ها انجام دهید، ما دمایی در حدود ۹۲۵۰ درجه به دست می‌آوریم که ۱۰۰ هزار بار کمتر است. یک وضعیت شدید خارج از تعادل معکوس. سپس برخوردها نقش خود را بازی می‌کنند. برای یون‌ها، مالکم هینز محاسبه کرد که زمان ترکوندگی (زمان ترموالیزاسیون گاز یون، تشکیل تابع توزیع سرعت) ۳۷ پیکو ثانیه، یعنی ۳٫۷ × ۱۰

ثانیه است. این زمان بسیار کمتر از "زمان توقف" پلاسما است، به صورت یک نوار فوق‌چگال و فوق‌گرم با اندازه مداد.

اندازه‌گیری‌ها (انتشار پرتوهای ایکس به دلیل "تابش ترمز"، تعامل الکترون-یون) دمای ۳۰ میلیون درجه را نشان می‌دهند. بنابراین گاز الکترون گرم شده است. این موضوع را در ادامه تحلیل خواهیم کرد. معمولاً دماهای بالا با الکترون-ولت اندازه‌گیری می‌شوند، بر اساس رابطه:

eV = kT

جایی که e (بار واحد برق) = ۱٫۶ × ۱۰⁻¹⁹ کولن است

اگر محیطی داشته باشیم که دمای آن به "الکترون-ولت" تبدیل شده و برابر ۱ eV باشد، این مقدار معادل دمای

T = e / k = ۱۱٬۶۰۰°K است

از آنجا که ما در سطح تقریبی صحبت می‌کنیم، معمولاً الکترون-ولت را به کلوین تبدیل می‌کنیم با این کار ساده:

T = ۱۰٬۰۰۰ V

بنابراین یک "keV"، یک کیلوالکترون-ولت، معادل ۱۰٬۰۰۰ درجه است.

اندازه‌گیری تابش انتشار یافته (در محدوده پرتوهای ایکس) دمای ۳۰ keV را نشان می‌دهد که به طور گرد شده به ۳۰ میلیون درجه است.

مشکل دیگر: مشاهده می‌شود که گاز یون‌ها ۳ تا ۴ برابر گرم‌تر از آن است که با ترموالیزاسیون ساده به دست می‌آید. اندازه‌گیری دما مقادیر بالاتر از ۲ میلیارد درجه را نشان می‌دهد، و حتی به حداکثر ۳٫۷ میلیارد درجه می‌رسد. این انرژی از کجا آمده است؟ دوباره در ادامه در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد.

اندازه‌گیری دما با روش سنتی ارزیابی گسترش خطوط طیفی به دلیل اثر دوپلر انجام شده است. هسته‌ها (مانند اتم‌ها، مولکول‌ها) تابش را بر اساس طیف خاصی منتشر می‌کنند که خطوط مشخصی دارد.

اگر محیط نسبتاً سرد باشد، این خطوط باریک هستند.

طیف انتشار آهن ضدزنگ "نسبتاً سرد"، به دمای ۱۰۰٬۰۰۰ درجه کلوین

خط‌های کروم (اولین‌ها، در چپ) شناسایی می‌شوند، سپس خطوط منگنز، آهن و نیکل.

در این فولاد ضدزنگ کربن ۰٫۱۵٪ از ترکیب را تشکیل می‌دهد و خطوط آن قابل مشاهده نیستند.

این خطوط مربوط به تحریک الکترونی هستند. حول هسته، الکترون‌ها در مدارهای دقیقی می‌چرخند، به دلیل اصول مکانیک کوانتومی (کمیت‌سازی مدارها). یک ورود انرژی از هر منبعی می‌تواند "انتقال" را ایجاد کند، یعنی تغییر مدار یکی از الکترون‌ها. این تغییر همیشه در جهت حرکت الکترون به مداری دورتر، که انرژی بیشتری دارد، اتفاق می‌افتد. نیازی به محاسبات پیچیده برای بیان این ایده نیست. شما به خوبی می‌دانید که برای قرار دادن بارهای با جرم M در مدار، هر چه مدار بالاتر باشد، نیاز به یک موشک قوی‌تر است. ورود انرژی بنابراین الکترون را به مدار "بالاتر"، دورتر از هسته، می‌برد. آن را برای مدت کوتاهی نگه می‌دارد (این حالت تابع عمر دارد) و به سرعت در چند نانو ثانیه به مداری نزدیک‌تر به هسته بازمی‌گردد. در این فرآیند انرژی از دست می‌دهد که به صورت فوتونی منتشر می‌شود که انرژی آن برابر با تفاوت انرژی دو سطح مداری است. از این رو طیف "خطی" حاصل می‌شود.

اتمی مانند آهن ۲۶ الکترون دارد.

همه قادر به تغییر مدار، پایین‌تر رفتن هستند، نه لزوماً به مدار اولیه خود. از این رو طیفی شامل تعداد زیادی خط است. برخی از آنها بالاتر از دیگران هستند. "ارتفاع خطوط" چه چیزی را نشان می‌دهد؟ قدرت انتشار در این فرکانس. یک خط مشارکت یک انتقال خاص را اندازه می‌گیرد. برخی انتقالات محتمل‌تر از دیگران هستند. این انتقالات بیشتر احتمال دارند، بنابراین فراوان‌تر هستند و بخش اصلی تابش را تشکیل می‌دهند. با نگاه کردن به نمودار بالا، مشاهده می‌شود که برای فولاد ضدزنگ که دمای آن بین ۵۸٬۰۰۰ (۵ الکترون-ولت) و ۱۱۶٬۰۰۰ درجه کلوین (۱۰ الکترون-ولت) باشد، انتشار قوی‌تر از یک خط کروم است. خط منگنز "کمتر مهربان" است. در این دماها اتم‌ها از الکترون‌های خود بسیار جدا شده‌اند. اما هنوز الکترون‌هایی باقی می‌مانند. چند تا؟ من کتابی ندارم که به شما پاسخ دهم. جداسازی تدریجی است. نمی‌دانم در چه دمایی باید آهن یا کروم را گرم کنیم تا جداسازی کامل اتفاق بیفتد، یعنی آخرین الکترون جدا شود. این محاسبه می‌شود. این انرژی است که باید برای جدا کردن آخرین الکترون از هسته‌ای با ۲۶ بار مثبت فراهم شود.

آنچه در آزمایش‌های ساندیا اندازه‌گیری شده است، مربوط به طیف تحریک-بازتاب الکترون‌هایی است که هنوز حول هسته‌ها باقی مانده‌اند.

گسترش خطوط به اثر دوپلر-فیزئو مربوط است.

طیف همین ماده، به دمای میلیاردها درجه. اثر دوپلر باعث گسترش خطوط شده است

فرکانس مربوط به یک پرش مداری مشخص (یک خط) بالاتر خواهد بود اگر اتم به مشاهده‌گر نزدیک شود و پایین‌تر اگر از آن دور شود (در این حالت "سرخ‌شدن" است). بنابراین نوسان گرمایی

خطوط را گسترش می‌دهد

. اندازه‌گیری‌ها، قابل اعتماد بودند و این مقادیر بالای دمای یونی را تأیید کردند که به میلیاردها درجه محاسبه می‌شود (

بین ۲٫۶۶ و ۳٫۷ میلیارد درجه

نتایج ماه مه ۲۰۰۵ در ماشین Z ساندیا.

به رنگ مشکی، افزایش دمای یونی. به رنگ آبی، قطر پلاسما.

در محور افقی: زمان به نانو ثانیه

(یک نانو ثانیه برابر یک میلیاردیم ثانیه است)

این افزایش دما یک رویداد معمولی نیست. این یک کشف علمی بزرگ است و بسیار احتمال دارد که بر جامعه جهانی ما پیامدهای قابل توجهی داشته باشد.

بنابراین یون‌ها به طور ۱۰۰ برابر گرم‌تر از الکترون‌ها می‌شوند

. تاکنون این تنها توضیح منطقی بود، اما این بار این موضوع قابل اندازه‌گیری است، در آزمایش‌های کاملاً تکرارپذیر. علاوه بر این، دمای یونی

در طول زمان افزایش می‌یابد.

در نهایت، انرژی منتشر شده توسط گاز الکترون، به صورت تابش ایکس، ۳ تا ۴ برابر انرژی جنبشی بود که میله‌های فولاد ضدزنگ لایه سیمی داشتند هنگامی که روی محور جمع شدند.

هینز و همکارانش در مقاله بعدی تلاش کردند این راز را حل کنند. این انرژی از کجا آمده است؟

هنگامی که ماشین Z فعال می‌شود، انرژی به شکل‌های مختلفی توزیع می‌شود. انرژی گرمایی پلاسما وجود دارد که معادل جمع انرژی جنبشی اجزای آن است (عمدتاً انرژی جنبشی یون‌های آهن). اما انرژی دیگری هم وجود دارد که سخت‌تر برای درک است:

انرژی مغناطیسی

که در تمام فضای اطراف نوار باریک پلاسما تشکیل شده روی محور توزیع شده است. بنابراین هینز پیشنهاد کرد که "ناپایداری‌های MHD" ممکن است بوجود آیند که به پلاسما اجازه دهد بخشی از این انرژی را بازیابی کند. همانطور که در مقاله ذکر شده، این نظریه بسیار جوان است و هیچ "شبیه‌سازی" انجام نشده است. نتیجه فقط این است که "ممکن است این گرمایش ناشی از این پدیده باشد". او در عین حال به ضعف اتصال برخوردی بین الکترون‌ها و یون‌ها اشاره می‌کند که توضیح می‌دهد که چرا انتشار پرتوهای ایکس در زمان دیر است. این پدیده ابتدا یون‌ها را گرم می‌کند، که سپس بخشی از این انرژی را به گاز الکترون منتقل می‌کند، که در نتیجه تابش‌دهنده (از طریق تابش ترمز) می‌شود. با این حال، اندازه‌گیری‌ها (چهار نقطه)

نشان می‌دهند که گاز یون آهن همچنان گرم می‌شود

ماکسیمم دما به نظر نمی‌رسد به دست آمده باشد. با این حال، دمای (اندازه‌گیری شده) یون‌های آهن به ۳٫۷ میلیارد درجه می‌رسد! سی و هفت برابر دمایی که ایتر هرگز نمی‌تواند فراتر از آن برود: ۱۰۰ میلیون درجه.

دینی به گفته است که در مقابل این نتیجه، بارها آزمایش و اندازه‌گیری را تکرار کرده تا مطمئن شود. باید توجه داشت که در عنوان مقاله نوشته شده است: "بیش از دو میلیارد درجه". به طور منطقی، محققان باید حداکثر مقدار، ۳٫۷ میلیارد درجه را ذکر کنند. بگذارید آن را یک حرکت ... خجالت‌زده نامیده باشیم، در مقابل عظمت نتیجه به دست آمده.

باید به یاد داشت که با ۵۰۰ میلیون درجه می‌توان لیتیوم و هیدروژن را فیوژن کرد، با تولید هلیوم و بدون نوترون. با یک میلیارد درجه، یک "فیوژن خالص" دوم به وجود می‌آید، همچنان بدون پرتودهی یا زباله (فقط هلیوم): فیوژن بور و هیدروژن. با ۳٫۷ میلیارد درجه، یا بیشتر، چه کاری می‌توان انجام داد؟ اگر دماهای یونی همچنان افزایش یابد، منطقی است فکر کرد که دماهای یونی بالاتری نیز قابل دستیابی خواهد بود.

نکته: در این آزمایش‌ها شدت جریان الکتریکی که ماشین Z تولید می‌کند (۱۸ تا ۲۰ میلیون آمپر) نمی‌تواند بی‌نهایت حفظ شود. این یک تخلیه است: این شدت در طول زمان افزایش می‌یابد، به ماکسیمم می‌رسد و سپس کاهش می‌یابد. در ماشین Z، پالس ۱۰۰ میلیاردیم ثانیه طول می‌کشد. جنبه دیگر: اگر هینز درست باشد، محیط مغناطیسی نوار پلاسما حاوی انرژی بسیار زیادی است. بنابراین اگر جریان حفظ شود، این میدان مغناطیسی به طور مداوم پلاسما را تغذیه خواهد کرد و دمای یونی را افزایش می‌دهد. بنابراین این ۳٫۷ میلیارد درجه یک سقف نیست و هیچ کس نمی‌تواند بگوید که چه دمایی با این دستگاه قابل دستیابی است.

اولین پیامد این آزمایش‌ها می‌تواند "فیوژن خالص بدون آلودگی" با ترکیب لیتیوم و هیدروژن باشد (لیتیوم که در آب دریا و نمک‌ها وجود دارد، در تمام مناطق جهان یافت می‌شود. در حال حاضر قیمت آن ۵۹ دلار بر کیلوگرم است، شامل مالیات). این سنگین‌ترین دوره از نظر انرژی است (همراه با بمب هیدروژن خالص، ارزان و برای همه). اگر همه این موارد تأیید شود، هیچ کشوری در جهان نمی‌تواند به داشتن ذخایر لیتیوم کره زمین افتخار کند. زیرا لیتیوم در آب دریا وجود دارد، این ذخایر سیاره‌ای از نظر اولیه بی‌نهایت هستند.

از آنجا که دمای یک سوپرنوفا ده میلیارد درجه است و این دما با واکنش‌های فیوژن می‌تواند تمام اتم‌های جدول مندلیف (و ایزوتوپ‌های رادیواکتیو آن با عمرهای مختلف) را ایجاد کند، اگر یک ماشین Z "پر شده" در آینده بتواند به ۱۰ میلیارد درجه برسد، ما در آزمایشگاه بالاترین دماهایی را که طبیعت قادر به ایجاد آن‌ها در کیهان است، تجربه خواهیم کرد. این پیشرفت نشان‌دهنده تغییر بزرگی در فیزیک هسته‌ای و فیزیک به طور کلی است.

تاکنون ما تنها با "زغال" کار کرده بودیم. این قدم واقعاً اختراع آتش هسته‌ای است

گفته می‌شود که نرخ انتقال انرژی جنبشی در یک برخورد به نسبت متناسب خواهد بود.

اگر جرم‌ها بسیار متفاوت باشند، مشاهده می‌شود که در دمای مشخص (کافی برای اینکه محیط یونیزه شود و الکترون‌های آزاد وجود داشته باشد)، تفاوت جرم باعث می‌شود که سرعت نوسان الکترونی و یونی بسیار متفاوت باشد. فرض کنید یک پلاسما از هیدروژن دوتریوم-تریتیوم داشته باشیم، با جرم اتمی متوسط ۲٫۵ (۲ برای دوتریوم، ۳ برای تریتیوم). فرض کنید گاز یون‌ها در دمای ۱۰۰,۰۰۰,۰۰۰ درجه سانتیگراد باشد (در یک توکاماک). سرعت نوسان حرارتی به صورت زیر خواهد بود:

تقریباً برابر با (3kT

یک پروتون ۱٫۶ × ۱۰

کیلوگرم وزن دارد.

بنابراین جرم متوسط یون‌های هیدروژن برابر است با ۱٫۶ × ۱۰

× ۲٫۵، یعنی ۴ × ۱۰

کیلوگرم.

بنابراین سرعت متوسط نوسان حرارتی یون‌های هیدروژن در توکاماک حدود ۱۰

متر بر ثانیه، یعنی هزار کیلومتر بر ثانیه است. عدد جالبی که باید به خاطر داشت. در توکاماک، حالت تعادل ترمودینامیکی حاکم است. دمای گاز الکترون‌ها با دمای یون‌ها برابر است. اما سرعت نوسان الکترون‌ها بالاتر از سرعت نوسان یون‌ها است، در معکوس ریشه دوم نسبت جرم‌ها.

جرم یک الکترون برابر است با

= ۰٫۹۱ × ۱۰

کیلوگرم.

در یک پلاسما از هیدروژن سنگین، نسبت جرم‌ها ۴۴۰۰ است و نسبت سرعت‌های نوسان حرارتی برابر ریشه دوم این عدد، یعنی ۶۶ خواهد بود. بنابراین سرعت نوسان حرارتی الکترون‌ها در توکاماک ۶۶ برابر بالاتر از سرعت یون‌ها است و به ۶۶,۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه می‌رسد، که حدود ۲۰ درصد سرعت نور است. یک نکته ساده.

در پلاسما آهن دستگاه Z، نسبت جرم به ۱۰۰,۰۰۰ می‌رسد. در یک پلاسما از آهن در تعادل، نسبت سرعت‌های حرارتی بین الکترون‌ها و یون‌های آهن ۳۱۶ خواهد بود. اما همانطور که در ادامه خواهیم دید، پلاسما آهن دستگاه Z بسیار دور از تعادل است. تفاوت با لامپ‌های فلورسنت این است که این بار دمای الکترونی ۱۰۰ برابر کمتر از دمای یون‌ها است. بنابراین این نوع پلاسما جدیدی است که در حالت غیرتعادل معکوس قرار دارد.

این محیط جدید، به طور ناکافی شناخته شده و باید مورد بررسی قرار گیرد. در واقع، فضایی واقعی برای آزمایشگران و نظریه‌پردازان. دستگاه Z ابتدا و بیشتر یک تولیدکننده برق قدرتمند است:

دستگاه Z ساندیا، قبل از سال ۲۰۰۷

(از آن زمان تغییر کرده و به ZR، یعنی "بازسازی شده"، تبدیل شده است)

این دستگاه پالس‌هایی با شدت ۱۸ میلیون آمپر را در زمان ۱۰۰ نانوثانیه تولید می‌کند. یک نانوثانیه برابر یک میلیاردیم ثانیه است. شدت جریان به صورت خطی افزایش می‌یابد: نمودار افزایش شدت جریان در دستگاه Z (مشابه در ZR)

دستگاه ZR که از سال ۲۰۰۷ به کار گرفته شده، قادر است تا ۲۶ میلیون آمپر را در همان زمان ۱۰۰ نانوثانیه برساند.

دستگاه Z جریان را به یک "لاینر سیمی" می‌فرستد، نوعی قفسه‌ای از سیم‌ها به ارتفاع ۵ سانتیمتر و قطر ۸ سانتیمتر که از ۲۴۰ سیم فلزی استنلس استیل تشکیل شده است، نازک‌تر از موی انسان:

ساختار "لاینر سیمی"

بنابراین جریان در هر سیم برابر است با:

۷۵,۰۰۰ آمپر

هر سیم یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با سیم‌های مجاور بر اساس نیروی لاپلاس I×B تعامل دارد. این نیروها به سمت مرکز هستند و تمایل دارند تمام این سیم‌ها را در طول محور سیستم جمع کنند.

نیروهای لاپلاس تمایل دارند سیم‌ها را در طول محور سیستم جمع کنند

طرحی که بیشتر به گرولد یوناس، اختراع‌کننده دستگاه، مربوط می‌شد.

در هنگام فشرده‌سازی، سیم‌های فلزی به تدریج تبخیر می‌شوند:

تشکیل پوسته پلاسما

(پایان‌نامه ماتیاس بوا)

ساختار چند سیمی، محوریت را حفظ می‌کند و از ظهور ناپایداری‌های MHD جلوگیری می‌کند. نظرات درباره رفتار این لاینر سیمی در طول فشرده‌سازی به هم نمی‌خورد. سیم حول خود یک پوسته پلاسما از آهن دارد. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که سیم‌ها در پشت خود یک "دنباله کomet" باقی می‌گذارند که ۳۰ درصد جرم آن‌ها را تشکیل می‌دهد.

این فشرده‌سازی را می‌توان محاسبه کرد (به ادامه مراجعه کنید). با توجه به شعاع این قفسه ۴ سانتیمتر و زمان ۱۰۰ نانوثانیه، سرعت متوسط فشرده‌سازی برابر ۴۰۰ کیلومتر بر ثانیه است. در واقع، شتابی دقیقاً قبل از تماس وجود دارد. سرعت یون‌ها قبل از برخورد بین ۵۵۰ تا ۶۵۰ کیلومتر بر ثانیه است. حفظ محوریت باعث می‌شود که پلاسما آهن در پایان فشرده‌سازی به صورت یک نوار به قطر ۱٫۵ میلیمتر تبدیل شود.

یون‌ها و الکترون‌ها با سرعت یکسان به سمت محور حرکت می‌کنند. امکان جداسازی دو جمعیت وجود ندارد، زیرا نیروهای الکترواستاتیک شدید آن‌ها را به هم متصل می‌کنند. وقتی این ذرات، یون‌های آهن و الکترون‌ها، در نزدیکی محور به هم برخورد می‌کنند، گرمایش صورت می‌گیرد، یعنی به طور ایده‌آل، انرژی جنبشی مربوط به سرعت شعاعی به تمام جهات توزیع می‌شود. این قانون برای یون‌ها و الکترون‌ها هر دو صادق است.

در مرحله اول، الکترون‌ها را نادیده بگیرید و فرض کنید جمعیتی از اجسام با جرم برابر با یون‌های آهن در نزدیکی محور با سرعت ۶۵۰ کیلومتر بر ثانیه قرار دارند.

جرم یون‌های آهن ۹ × ۱۰

کیلوگرم است.

خواهیم نوشت:

V = 600 کیلومتر بر ثانیه

در نتیجه دمای یونی برابر ۹۲۵ میلیون درجه خواهد شد. تبدیل ساده این سرعت شعاعی به سرعت نوسان حرارتی یون‌ها.

محاسبه مشابه را برای الکترون‌ها انجام دهید، دمای حاصل ۱۰۰۰۰ برابر کمتر خواهد بود، حدود ۹۲۵۰ درجه. یک حالت شدید غیرتعادل معکوس. در اینجا برخوردها نقش دارند. برای یون‌ها، مالکم هینز محاسبه کرده است که زمان ریلکسیشن (زمان گرمایش گاز یونی، تشکیل تابع توزیع سرعت) برابر ۳۷ پیکوثانیه، یعنی ۳٫۷ × ۱۰

ثانیه است. این زمان بسیار کوچکتر از "زمان توقف" پلاسما است، به صورت یک نوار فوق‌چگال و فوق‌داغ، به اندازه سر مداد.

اندازه‌گیری‌ها (تابش اشعه X به وسیلهٔ "تابش کندکننده"، تعامل الکترون-یون) دمای ۳۰ میلیون درجه را نشان می‌دهد. بنابراین گاز الکترونی گرم شده است. این موضوع را در ادامه تحلیل خواهیم کرد. به طور متداول، دماهای بالا را بر حسب الکترون‌ولت بیان می‌کنند، با رابطه:

eV = kT

که در آن e (بار واحد الکتریکی) = ۱٫۶ × ۱۰⁻¹⁹ کولن است.

اگر محیطی دما را به صورت "الکترون‌ولت" بیان کنیم، و این مقدار ۱ الکترون‌ولت باشد، این برابر خواهد بود با دمای:

T = e / k = ۱۱,۶۰۰ درجه کلوین

از آنجا که ما به صورت تقریبی کار می‌کنیم، معمولاً الکترون‌ولت را به درجه کلوین تبدیل می‌کنیم با فرض ساده:

T = ۱۰,۰۰۰ V

بنابراین یک "keV" (کیلوالکترون‌ولت) برابر ۱۰,۰۰۰ درجه است.

اندازه‌گیری تابش ارسال شده (در محدوده اشعه X) دمای ۳۰ keV را نشان می‌دهد، که به صورت ۳۰ میلیون درجه گرد می‌شود.

مشکل دیگر: مشاهده شده است که گاز یونی ۳ تا ۴ برابر گرم‌تر از آن است که با گرمایش ساده به دست می‌آید. اندازه‌گیری دما، مقداری بالاتر از ۲ میلیارد درجه را نشان می‌دهد و تا حداکثر ۳٫۷ میلیارد درجه می‌رسد. پس انرژی از کجا آمده است؟ دوباره در ادامه به این موضوع خواهیم پرداخت.

اندازه‌گیری دما با روش سنتی ارزیابی گستردگی خطوط طیفی به وسیلهٔ اثر دوپلر انجام شده است. هسته‌ها (مانند اتم‌ها، مولکول‌ها) اشعه را با طیف خاصی انتشار می‌دهند که شامل خطوط مشخص است.

اگر محیط نسبتاً سرد باشد، خطوط باریک هستند.

طیف انتشار آهن استیل ضدزنگ "نسبتاً سرد"، به دمای ۱۰۰,۰۰۰ کلوین

خطوط کروم (اولین‌ها، در سمت چپ) شناسایی می‌شوند، سپس خطوط منگنز، آهن و نیکل.

در این استیل ضدزنگ، کربن ۰٫۱۵٪ از ترکیب را تشکیل می‌دهد و خطوط آن دیده نمی‌شوند.

این خطوط مربوط به تحریک الکترونی هستند. حول هسته، الکترون‌ها روی مدارهای مشخصی در گردش هستند، به دلیل اصول مکانیک کوانتومی (کوانتیده شدن مدارها). ورود هر نوع انرژی می‌تواند باعث "انتقال" شود، یعنی تغییر مدار یکی از الکترون‌ها. این تغییر همیشه به سمت مدارهای دورتر و با انرژی بیشتر صورت می‌گیرد. نیازی به محاسبات پیچیده برای درک این مفهوم نیست. شما به خوبی می‌دانید که برای قرار دادن بارهای با جرم M روی مدار، هرچه مدار بالاتر باشد، نیاز به موشک قوی‌تر است. ورود انرژی الکترون را به یک مدار "بالاتر" و دورتر از هسته منتقل می‌کند. این حالت برای مدت کوتاهی باقی می‌ماند (زمان زندگی این حالت‌های تحریک شده وجود دارد) و در چند نانوثانیه به سرعت به مدار نزدیک‌تر به هسته بازمی‌گردد. در این فرآیند، انرژی از دست می‌دهد که به صورت فوتونی منتشر می‌شود که انرژی آن برابر با تفاوت انرژی دو سطح مداری است. بنابراین طیف "خطی" حاصل می‌شود.

اتمی مانند آهن ۲۶ الکترون دارد.

همه قادر به تغییر مدار، پایین‌تر رفتن هستند، اما لزوماً به مدار اولیه خود باز نمی‌گردند. بنابراین طیف حاصل شامل مجموعه‌ای از خطوط متعدد است. برخی از آن‌ها بالاتر از دیگران هستند. این "بالاتر بودن خطوط" به چه چیزی مربوط است؟ به قدرت تابش در این فرکانس. یک خط، مشارکت یک انتقال خاص را نشان می‌دهد. برخی انتقالات محتمل‌تر از دیگران هستند. این انتقالات بیشتر احتمال دارند و بنابراین فراوان‌تر هستند و بخش عمدهٔ تابش را تشکیل می‌دهند. با نگاه به نمودار بالا، مشاهده می‌شود که برای استیل ضدزنگ با دمای بین ۵۸,۰۰۰ (۵ الکترون‌ولت) و ۱۱۶,۰۰۰ کلوین (۱۰ الکترون‌ولت)، بیشترین تابش از خط کروم ناشی می‌شود. خط منگنز "کمتر مهیج" است. در این دماها، اتم‌ها از الکترون‌های خود بسیار جدا شده‌اند. اما هنوز الکترون‌هایی باقی می‌مانند. چند تا؟ من کتابی در دسترس ندارم که به شما پاسخ دهم. این جدایی تدریجی است. من نمی‌دانم در چه دمایی باید آهن یا کروم را گرم کرد تا تمام الکترون‌ها جدا شوند، یعنی آخرین الکترون از هسته جدا شود. البته می‌توان محاسبه کرد. این انرژی است که باید به هسته‌ای با ۲۶ بار مثبت داده شود تا آخرین الکترون جدا شود.

آنچه در آزمایش‌های ساندیا اندازه‌گیری شده، مربوط به طیف تحریک-بازتاب الکترون‌هایی است که هنوز حول هسته‌ها قرار دارند.

گستردگی خطوط با اثر دوپلر-فیزو مرتبط است.

طیف همین ماده، به دمای میلیاردها درجه گرم شده. اثر دوپلر باعث گستردگی خطوط شده است

فرکانس مربوط به یک جابجایی مداری خاص (یک خط) بالاتر خواهد بود اگر اتم به مشاهده‌گر نزدیک شود و پایین‌تر اگر از آن دور شود (این حالت "سرخ‌شدن" نامیده می‌شود). بنابراین نوسان حرارتی

خطوط را گسترش می‌دهد

. اندازه‌گیری‌های قابل اعتماد انجام شده و این مقادیر بالای دمای یونی را تأیید کرده‌اند، که به میلیاردها درجه (بین ۲٫۶۶ تا ۳٫۷ میلیارد درجه) می‌رسد.

نتایج ماه می ۲۰۰۵ از دستگاه Z ساندیا.

به رنگ مشکی، افزایش دمای یونی. به رنگ آبی، قطر پلاسما.

در محور افقی: زمان بر حسب نانوثانیه

(یک نانوثانیه برابر یک میلیاردیم ثانیه است)

این افزایش دما یک رویداد عادی نیست. این یک کشف علمی بزرگ است و بسیار احتمال دارد که بر جامعهٔ سیاره‌ای ما پیامدهای قابل توجهی داشته باشد.

بنابراین یون‌ها به طور ۱۰۰ برابر گرم‌تر از الکترون‌ها می‌شوند.

تاکنون تنها توضیح ممکن این بود، اما این بار این موضوع قابل اندازه‌گیری است، در آزمایش‌های کاملاً قابل تکرار. علاوه بر این، این دمای یونی

در طول زمان افزایش می‌یابد.

در نهایت، انرژی منتشر شده توسط گاز الکترون‌ها به صورت اشعه X، ۳ تا ۴ برابر انرژی جنبشی بود که میله‌های استیل ضدزنگ لاینر سیمی در زمان جمع شدن روی محور داشتند.

هینز و همکارانش در مقالهٔ زیر تلاش کرده‌اند تا این راز را حل کنند. این انرژی از کجا آمده است؟

وقتی دستگاه Z فعال می‌شود، انرژی به شکل‌های مختلفی توزیع می‌شود. انرژی گرمایی پلاسما وجود دارد که برابر مجموع انرژی‌های جنبشی اجزای آن است (به طور اصلی انرژی جنبشی یون‌های آهن). اما انرژی دیگری نیز وجود دارد که سخت‌تر برای درک است:

انرژی مغناطیسی

که در کل فضای اطراف نوار بسیار ریز پلاسما که روی محور تشکیل شده، توزیع شده است. بنابراین هینز پیشنهاد کرده است که "ناپایداری‌های MHD" ممکن است بوجود آیند که به پلاسما اجازه دهند بخشی از این انرژی را بازیابی کند. همانطور که در مقاله ذکر شده، این نظریه بسیار در مرحله اولیه است و هیچ شبیه‌سازی‌ای انجام نشده است. نتیجه گیری فقط این است که "ممکن است این گرمایش ناشی از این پدیده باشد". او در عین حال، همبستگی ضعیف برخوردی بین الکترون‌ها و یون‌ها را نشان می‌دهد که توضیح می‌دهد چرا تابش اشعه X به تأخیر می‌افتد. پدیده ابتدا یون‌ها را گرم می‌کند، سپس بخشی از این انرژی را به گاز الکترون‌ها منتقل می‌کند که در نتیجه تابشی (به وسیلهٔ تابش کندکننده) می‌شود. با این حال، اندازه‌گیری‌ها (چهار نقطه)

نشان می‌دهند که گاز یونی آهن همچنان دارای گرمایش است

ماکسیمم دما به نظر نمی‌رسد. با این حال، دمای اندازه‌گیری شده یون‌های آهن به ۳٫۷ میلیارد درجه می‌رسد! بیست و هفت برابر دمایی که ایتر هرگز نمی‌تواند فراتر از آن برود: ۱۰۰ میلیون درجه.

دینی به گفته است که در مقابل این نتیجه، بارها آزمایش و اندازه‌گیری را تکرار کرده است تا مطمئن شود. توجه داشته باشید که در عنوان مقاله نوشته شده: "بیش از دو میلیارد درجه". به طور منطقی، پژوهشگران باید مقدار حداکثر، ۳٫۷ میلیارد درجه را ذکر کنند. بیایید آن را یک حرکت ... خجالت‌زده نامیده باشیم، در مقابل عظمت نتیجه به دست آمده.

باید به یاد داشت که با ۵۰۰ میلیون درجه می‌توان لیتیوم و هیدروژن را فشرده کرد و هلیوم تولید کرد، بدون تولید نوترون. با یک میلیارد درجه، یک "فرآیند فیوژن خالص" به دست می‌آید، همچنان بدون رادیواکتیویته یا پسماند (فقط هلیوم): فیوژن بور و هیدروژن. با ۳٫۷ میلیارد درجه، یا حتی بیشتر، چه کاری می‌توان انجام داد؟ اگر دمای یون‌ها همچنان افزایش یابد، منطقی است که فکر کنیم دماهای یونی بالاتری نیز قابل دستیابی خواهد بود.

یک نکته: در این آزمایش‌ها، شدت جریان الکتریکی که دستگاه Z تولید می‌کند (بین ۱۸ تا ۲۰ میلیون آمپر) نمی‌تواند برای مدت نامحدود حفظ شود. این یک تخلیه است: این شدت در طول زمان افزایش می‌یابد، به ماکسیمم می‌رسد و سپس کاهش می‌یابد. در دستگاه Z، پالس ۱۰۰ میلیاردیم ثانیه طول می‌کشد. جنبه دیگر: اگر هینز درست باشد، محیط مغناطیسی نوار پلاسما حاوی انرژی بسیار زیادی است. بنابراین اگر جریان حفظ شود، این میدان مغناطیسی به طور مداوم پلاسما را تغذیه می‌کند و دمای یونی را افزایش می‌دهد. بنابراین این ۳٫۷ میلیارد درجه یک سقف نیست و هیچ کس نمی‌تواند بگوید که با این دستگاه چه دمایی قابل دستیابی است.

اولین پیامد این آزمایش‌ها می‌تواند "فیوژن خالص بدون آلودگی" با ترکیب لیتیوم و هیدروژن باشد (لیتیوم، که در آب دریا و نمک‌ها وجود دارد، در تمام مناطق جهان یافت می‌شود. در حال حاضر قیمت آن ۵۹ دلار به ازای هر کیلوگرم است، شامل مالیات). این سنگینهٔ طلایی از نظر انرژی است (و به علاوه بمب هیدروژن فیوژن خالص، ارزان و برای همه). اگر همه این‌ها تأیید شود، هیچ کشوری در جهان نمی‌تواند به داشتن ذخایر لیتیوم سیاره افتخار کند. زیرا لیتیوم در آب دریا وجود دارد، بنابراین این ذخایر به طور اولیه نامحدود هستند.

از آنجا که دمای یک سوپرنوفا ده میلیارد درجه است و این دما با واکنش‌های فیوژن، تمام اتم‌های جدول مندلیف (و ایزوتوپ‌های رادیواکتیو آن‌ها با عمرهای مختلف) را تولید می‌کند، اگر یک دستگاه Z "پر شده" در آینده بتواند به دمای ۱۰ میلیارد درجه برسد، ما در آزمایشگاه بالاترین دماهایی را که طبیعت می‌تواند در کیهان تولید کند، به دست خواهیم آورد. این پیشرفت بزرگ، تغییری جذب‌کننده در فیزیک هسته‌ای و فیزیک عمومی ما را نشان می‌دهد.

تاکنون ما فقط "زغال" داشتیم. این قدم واقعاً اختراع آتش هسته‌ای است

در زیر، شروع مقالهٔ هینز، دینی و دیگران:

ترجمه عنوان:

**گرمایش ویسکوز یون‌ها در یک فشار مغناطیسی-هیدرو دینامیکی ناپایدار، دمای بیش از 2 × 10⁹ **K

سپس خلاصه:

مجموعه‌های تشکیل شده از سیم‌های فلزی که به شدت در طول محور تقارن سیستم فشرده شده‌اند، منابع قوی‌ترین اشعه X آزمایشگاهی تاکنون هستند. اما علاوه بر این، در شرایط خاص، می‌توان انرژی به صورت اشعه X نرم را مشاهده کرد که در یک پالس به طول ۵ نانوثانیه منتشر می‌شود، هنگامی که فشرده‌سازی حداکثر می‌شود (توقف)

که برابر است با انرژی بیش از انرژی اولیه جنبشی، ۳ تا ۴ برابر

. یک مدل نظری برای توضیح این پدیده توسعه داده شده است که پیشنهاد می‌کند این پدیده ناشی از تبدیل سریع انرژی مغناطیسی باشد، یون‌ها را به دمای بسیار بالا می‌رساند، از طریق پدیده‌های ناپایداری MHD نوع m = 0 با رشد سریع. در این حالت، اشباع غیرخطی و گرمایش ویسکوز گاز یونی رخ می‌دهد. انرژی که ابتدا به یون‌ها منتقل شد، سپس به الکترون‌ها از طریق توزیع مساوی، برخوردهای یون-الکترون، منتقل می‌شود و در نتیجه این الکترون‌ها اشعه X نرم تابش می‌کنند. به طور اخیر در ساندیا طیف‌هایی به دست آمده است که اندازه‌گیری‌ها در طول زمان ادامه داشته‌اند و دمای یونی ۲۰۰ keV (۲

درجه) را تأیید کرده‌اند، که با این نظریه همخوانی دارد. در نتیجه، رکورد بالاترین دما برای یک پلاسما محدود شده مغناطیسی به دست آمده است.

هینز و همکارانش ابتدا به ماهیت مشکل اشاره می‌کنند. ما نتوانسته‌ایم توضیح دهیم که چگونه انرژی تولید شده توسط پلاسما به ۳ یا ۴ برابر انرژی جنبشی "وارد" می‌شود، یعنی جمع (۱/۲)mV² اتم‌های فلزی که به سمت محور شلیک شده و در نهایت به آن می‌رسند، که این انرژی جنبشی به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. وقتی داده‌ها را تحلیل می‌کنیم، حساب کار نمی‌آید. انرژی بیشتر از آنچه وارد سیستم شده است، خارج می‌شود و باید از جایی آمده باشد. هینز به انرژی مغناطیسی فکر می‌کند. چه اتفاقی می‌افتد؟

اگر یک لاینر از سیم‌ها (۲۴۰ عدد) در نظر بگیریم و جریانی را از آن عبور دهیم، می‌توانیم شدت میدان مغناطیسی محیطی که توسط سیم‌های دیگر ایجاد می‌شود را محاسبه کنیم. این سیم نیروی لاپلاس J×B را تجربه می‌کند. آسان است نشان داد که این نیرو برابر با نیرویی است که توسط یک هادی خطی در طول محور ایجاد می‌شود، به طوری که جریان تمام (در آزمایش ساندیا: ۲۰ میلیون آمپر) عبور می‌کند.

این روش همچنین برای محاسبه مقدار میدان خارجی، با فرضیه این است که می‌توان این میدان را به عنوان میدانی تولید شده توسط سیم‌های بی‌نهایت طول در نظر گرفت، که در واقع اینطور نیست. بنابراین فقط تخمین‌های مرتبه‌ای به دست می‌آید. به این میدان مغناطیسی فشار مغناطیسی مرتبط است که اگر بر حسب نیوتن بر متر مربع بیان شود، همچنین معادل ژول بر متر مکعب است. فشار مغناطیسی یک چگالی انرژی حجمی است. ما آن را برای یک هادی خطی بی‌نهایت محاسبه می‌کنیم.

در نزدیکی صفحه سیم‌ها، که می‌توانیم به طور تقریبی این روش محاسبه میدان را حفظ کنیم، انرژی مغناطیسی محلی بین یک استوانه با شعاع r و یک استوانه با شعاع dr را محاسبه می‌کنیم.

rmin شعاع حداقل پلاسما را نشان می‌دهد. به وضوح، انتگرال‌گیری از این عبارت از این مقدار تا بی‌نهایت معنا ندارد، زیرا این فرمول فقط برای هادی‌های خطی با طول بی‌نهایت که می‌توان آن را بی‌نهایت در نظر گرفت، صادق است. اما با نوشتن:

می‌بینیم که هرچه بسته اتمی فلزی در نزدیکی محور سیستم جمع شود، انرژی ذخیره شده به صورت فشار مغناطیسی در نزدیکی آن شیء بزرگ‌تر خواهد شد. بنابراین هینز این منبع انرژی را می‌بیند که قادر است دمای یون‌ها را افزایش دهد، که قبلاً انرژی جنبشی خود را به صورت انرژی جنبشی نوسان حرارتی تبدیل کرده‌اند. اگر V سرعت شعاعی یون‌ها در لحظه برخورد، در "توقف" باشد، می‌توانیم این سرعت نوسان حرارتی را به صورت ساده محاسبه کنیم:

استفاده از این فرمول پیش‌فرض دارد که "گاز یونی آهن" "گرم شده باشد"، یعنی توزیع سرعت ماکسول-بولتزمن را به دست آورده باشد. اما همانطور که در ادامه هینز نشان خواهد داد، زمان ریلکسیشن در این محیط بسیار کوچک است.

tii، زمان ریلکسیشن در محیط یونی: ۳۷ پیکوثانیه (هینز)

همچنین اضافه می‌شود که همبستگی انرژی با گاز الکترون‌ها نیز بسیار ضعیف است. علاوه بر این، انرژی بازتوزیع شده فقط به صورت جنبشی (انرژی نوسان حرارتی یون‌ها و الکترون‌ها) قابل بازتوزیع است. بنابراین این فرمول بسیار ساده، معتبر است. در نهایت، در صورتی که فرض کنیم گاز یونی توسط منبع دیگری انرژی تغذیه نشده باشد، و در ادامه خواهیم دید که اینطور است.

با این حال، با سرعت ۱۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه، به طور واقعی ۲ میلیارد درجه به دست می‌آید. سیستم در فشرده‌سازی چه زمانی از حالت "سیم‌های مجزا" به حالت "تاج پلاسما" تبدیل می‌شود؟ مقاله این را نمی‌گوید. با لاینری به شعاع ۴ سانتیمتر و زمان فشرده‌سازی ۱۰۰ نانوثانیه، سرعت متوسط شعاعی ۴۰۰ کیلومتر بر ثانیه، حداقل است. اتم آهن ۹ × ۱۰⁻²⁶ کیلوگرم وزن دارد، اما اگر این سرعت به لحظه برخورد یون‌ها باشد، همچنان ۳۴۸ میلیون درجه به دست می‌آید. این فقط یک سرعت متوسط است. وقتی معادله دیفرانسیل حرکت را می‌نویسیم، شتاب در نهایت بسیار بزرگ است. همچنین باید توجه داشت که تخلیه با شدت ثابت انجام نمی‌شود. I در طول زمان افزایش می‌یابد. ما داریم:

M جرم لاینر به ازای هر متر را نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود که در پایان تخلیه و پایان مسیر، شتاب افزایش می‌یابد. سرعت به سرعت بالا می‌رود. هینز می‌نویسد:

There has been some difficulty in understanding how theradiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1– 4], and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and electron temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories [5,6] have been developedto explain the additional heating, but neither of these have addressed the pressure imbalance.

مشکلی پیش آمده است برای توضیح اینکه چگونه انرژی تابشی در فشرده‌سازی یک سیستم سیمی در طول محور OZ می‌تواند تا ۴ برابر انرژی جنبشی (۱–۴) برسد، و همچنین چگونه فشار در پلاسما می‌تواند کافی باشد تا فشار مغناطیسی را در لحظه توقف تعادل دهد، اگر دمای یونی و الکترونی برابر باشد. در واقع، به طور نظری، فشار مغناطیسی اضافی باید پلاسما را به طور مداوم فشرده کند و منجر به فروپاشی تابشی شود. برخی نظریه‌ها [۵، ۶] برای توضیح گرمایش اضافی توسعه داده شده‌اند، اما هیچ کدام به تعادل فشارها پرداخته نشده‌اند.

There has been some difficulty in understanding how theradiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1– 4], and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and electron temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories [5,6] have been developedto explain the additional heating, but neither of these have addressed the pressure imbalance.

مشکلی پیش آمده است برای توضیح اینکه چگونه انرژی تابشی در فشرده‌سازی یک سیستم سیمی در طول محور OZ می‌تواند تا ۴ برابر انرژی جنبشی (۱–۴) برسد، و همچنین چگونه فشار در پلاسما می‌تواند کافی باشد تا فشار مغناطیسی را در لحظه توقف تعادل دهد، اگر دمای یونی و الکترونی برابر باشد. در واقع، به طور نظری، فشار مغناطیسی اضافی باید پلاسما را به طور مداوم فشرده کند و منجر به فروپاشی تابشی شود. برخی نظریه‌ها [۵، ۶] برای توضیح گرمایش اضافی توسعه داده شده‌اند، اما هیچ کدام به تعادل فشارها پرداخته نشده‌اند.

There has been some difficulty in understanding how theradiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1– 4], and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and electron temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories [5,6] have been developedto explain the additional heating, but neither of these have addressed the pressure imbalance.

مشکلی پیش آمده است برای توضیح اینکه چگونه انرژی تابشی در فشرده‌سازی یک سیستم سیمی در طول محور OZ می‌تواند تا ۴ برابر انرژی جنبشی (۱–۴) برسد، و همچنین چگونه فشار در پلاسما می‌تواند کافی باشد تا فشار مغناطیسی را در لحظه توقف تعادل دهد، اگر دمای یونی و الکترونی برابر باشد. در واقع، به طور نظری، فشار مغناطیسی اضافی باید پلاسما را به طور مداوم فشرده کند و منجر به فروپاشی تابشی شود. برخی نظریه‌ها [۵، ۶] برای توضیح گرمایش اضافی توسعه داده شده‌اند، اما هیچ کدام به تعادل فشارها پرداخته نشده‌اند.

نگاهی به منابع مورد استناد:

[1] C. Deeney et al., Phys. Rev. E 56, 5945 (1997).

[2] C. Deeney et al., Phys. Plasmas 6, 3576 (1999).

[3] J. P. Apruzese et al., Phys. Plasmas 8, 3799 (2001).

[4] C. A. Coverdale et al., Phys. Rev. Lett. 88, 065001

(2002).

[5] L. I. Rudakov and R. N. Sudan, Phys. Rep. 283, 253

(1997).

[6] A. L. Velikovich, J. Davis, J.W. Thornhill, J. L. Giuliani,

منبع (۱) به سال ۱۹۹۷ بازمی‌گردد. بنابراین از آن زمان، این پدیده نامشخص قبلاً مشاهده شده بود. دینی مدیر آزمایش‌های دستگاه Z است. من این مقالات را خوانده نیستم. اگر کسی بتواند آن‌ها را به صورت PDF برای من ارسال کند، می‌توانم آن‌ها را بررسی کرده و نظرات تکمیلی ارائه دهم.

مستقیماً به نتایج مقاله بپردازیم:

**

In conclusion, it appears that short wavelength m = 0 MHD instabilities at stagnation in low mass implosions provide fast viscous heating of ions to record temperatures of over 200 keV. Such temperatures have been measured, the energy coming from conversion of magnetic energy on a 5 ns time scale. The ions heat the electrons which immediately radiate the energy. Furthermore, the broadened spectral lines arising from the high ion temperature will permit a greater radiative power to occur due to decreased opacities. The proposed mechanism provides a plausible explanation of several phenomena of fundamental importance to Z pinch dynamics including pressure balance at stagnation, the absence of radiative collapse, the significant excess of x-ray radiation

در نتیجه، به نظر می‌رسد که ناپایداری‌های MHD با طول موج کوتاه m = 0 در شرایط توقف در فشرده‌سازی‌های با جرم کم، گرمایش سریع ویسکوز یون‌ها را به دمای ثبت‌شده بیش از ۲۰۰ keV (دو میلیارد درجه) فراهم می‌کنند. چنین دماهایی اندازه‌گیری شده‌اند، انرژی از تبدیل انرژی مغناطیسی در مقیاس زمانی ۵ نانوثانیه به دست آمده است. یون‌ها الکترون‌ها را گرم می‌کنند که بلافاصله انرژی را تابش می‌کنند. علاوه بر این، خطوط طیفی گسترده شده ناشی از دمای بالای یون‌ها باعث افزایش قدرت تابشی به دلیل کاهش جذب‌پذیری می‌شود. مکانیسم پیشنهادی توضیح منطقی برای چندین پدیده مهم در دینامیک Z pinch فراهم می‌کند، از جمله تعادل فشار در لحظه توقف، عدم فروپاشی تابشی و افزایش قابل توجه تابش اشعه X.

در پایان، به نظر می‌رسد که ناپایداری‌های MHD با طول موج کوتاه و m = 0 در شرایط توقف در انقباضات با جرم کم، گرمایش سریع ویسکوزیته‌ای ایون‌ها را به دمای ثبتی بیش از 200 کیلو الکترون ولت (2 میلیارد درجه) ایجاد می‌کنند. چنین دمایی اندازه‌گیری شده است، که انرژی آن ناشی از تبدیل انرژی مغناطیسی در مقیاس زمانی 5 نانوثانیه است. ایون‌ها الکترون‌ها را گرم می‌کنند که فوراً این انرژی را تابش می‌کنند. علاوه بر این، خطوط طیفی گسترده‌شده ناشی از دمای بالای ایون‌ها به دلیل کاهش تراوایی، امکان تولید قدرت تابشی بیشتر را فراهم می‌کند. مکانیسم پیشنهادی توضیح منطقی برای چندین پدیده اساسی در دینامیک Z-pinch ارائه می‌دهد، از جمله تعادل فشار در شرایط توقف، عدم وقوع کاهش تابشی، و بیش‌برآورد قابل توجه پرتو ایکس.

در پایان، به نظر می‌رسد که ناپایداری‌های MHD با طول موج کوتاه و m = 0 در شرایط توقف در انقباضات با جرم کم، گرمایش سریع ویسکوزیته‌ای ایون‌ها را به دمای ثبتی بیش از 200 کیلو الکترون ولت (2 میلیارد درجه) ایجاد می‌کنند. چنین دمایی اندازه‌گیری شده است، که انرژی آن ناشی از تبدیل انرژی مغناطیسی در مقیاس زمانی 5 نانوثانیه است. ایون‌ها الکترون‌ها را گرم می‌کنند که فوراً این انرژی را تابش می‌کنند. علاوه بر این، خطوط طیفی گسترده‌شده ناشی از دمای بالای ایون‌ها به دلیل کاهش تراوایی، امکان تولید قدرت تابشی بیشتر را فراهم می‌کند. مکانیسم پیشنهادی توضیح منطقی برای چندین پدیده اساسی در دینامیک Z-pinch ارائه می‌دهد، از جمله تعادل فشار در شرایط توقف، عدم وقوع کاهش تابشی، و بیش‌برآورد قابل توجه پرتو ایکس.

معادله (1) مقاله به عنوان "رابطه بنیت" معرفی شده است که سال 1934 میلادی را نشان می‌دهد (به عنوان مرجع (1) ذکر شده است). با مشکلی بیش از حد قابل بازیابی است. به سادگی بیان می‌کند که فشار مغناطیسی برابر با فشار در پلاسماست. فشار مغناطیسی در بالا داده شده است. فشار کل در پلاسما به عنوان مجموع فشارهای جزئی که مشارکت دارند، تعریف شده است:

• گاز الکترون‌ها با n_e k T_e
• و گاز ایون‌ها با n_i k T_i

که در آن k ثابت بولتزمن است.

اگر Z درجه یونیزاسیون باشد،
n_e = Z n_i

اگر هم دماهای مطلق به الکترون ولت و نه کلوین بیان شوند، با رابطه:
k T = e V

آنگاه فشار در پلاسما به صورت زیر نوشته می‌شود:
n_i e (T_i + Z T_e)

که عبارت دوم رابطه بنیت ظاهر می‌شود. از آنجایی که ما ثابت کرده‌ایم که:

r شعاع حداقلی سیم پلاسما در طول محور است. بنیت سپس تعداد ایون‌ها در هر متر (N_i) را وارد می‌کند.

این برابر است با (بنیت، 1934):

این عبارت قابل توجه است زیرا شعاع حداقلی سیم پلاسما در آن دخیل نیست. چرا؟

وقتی سیم پلاسما باریک می‌شود، فشار مغناطیسی که بر آن وارد می‌شود به صورت معکوس مربع شعاع افزایش می‌یابد. اما چگالی ایون‌ها نیز به همین شکل افزایش می‌یابد. این دو جبران یکدیگر می‌شوند. در واقع، جالب است که تفاوت بزرگ بین دمای ایونی و الکترونی به شعاع نهایی سیم پلاسما وابسته نباشد، که می‌تواند به هر اندازه کوچکی برسد. ما یک معادله دیفرانسیلی داریم که تغییرات شعاع r پلاسما را به صورت تابعی از زمان نشان می‌دهد:

این را می‌توانیم با فرض قانون افزایش جریان I(t) محاسبه کنیم، که یک ورودی در مسئله است. به طور ایده‌آل در ماشین‌های Z این افزایش تقریباً خطی است، مگر اینکه اشتباهی وجود داشته باشد. کاهش r شدیدتر می‌شود. منظورم این است که سرعت انقباض با کاهش r افزایش می‌یابد. اگر r به صفر برسد، سرعت انقباض به بینهایت می‌رسد. اما وقتی این معادله را نوشتیم، چیزی را فراموش کرده‌ایم: نیروی فشار که در برابر انقباض عمل می‌کند. باید آن را در نظر گرفت. با این حال، مسئله ساده‌تر از آنچه به نظر می‌رسد، نیست. این فشار که در برابر انقباض عمل می‌کند به دمای ایونی وابسته است. اما ما نمی‌توانیم آن را مدل کنیم، زیرا بر اساس هینز، رشد آن به یک پدیده وابسته است که ما قادر به مدیریت آن نیستیم: گرمایش پلاسما توسط ناپایداری‌های میکرو MHD.

نتیجه: باید زمانی که سعی در مدل‌سازی داریم و تمام پارامترها را در نظر نمی‌گیریم، از تلاش خود دست برداریم. ما فرمول زیر را داریم:

اما ما سرعت V ایون‌ها در پایان انقباض را نمی‌دانیم. معرفی یک سرعت متوسط (شعاع لینر تقسیم بر زمان انقباض) معنایی ندارد، زیرا سرعت در پایان انقباض افزایش می‌یابد.

هینز سپس به یک آزمایش خاص ماشین Z، Z1141، ارجاع می‌دهد که در آن جرم لینر به ازای هر متر برابر با 450 میلی‌گرم سیم فولاد ضدزنگ (4.5×10⁻⁵ کیلوگرم/متر) بود که به دو دایره متمرکز چیده شده بودند، اولی با قطر 55 میلی‌متر و دومی با قطر 27.5 میلی‌متر، که جرم اولی دو برابر دومی بود.

کمی بعد، هینز از مقدار Ni (تعداد ایون‌ها در هر متر) برابر با 3.41×10²⁰ استفاده می‌کند. جرم یک اتم آهن 9×10⁻²⁶ کیلوگرم است، و اگر 4.5×10⁻⁵ کیلوگرم/متر را بر این جرم تقسیم کنیم، به 5×10²⁰ می‌رسیم. اما او تأکید می‌کند که در طول انقباض 30٪ جرم "در راه از دست رفته است". بنابراین به طور تقریبی عدد او را بازسازی می‌کنیم.

او ذکر می‌کند که اندازه‌گیری‌های دمای الکترونی انجام شده، 3 کیلو الکترون ولت در لحظه توقف را نشان می‌دهد، یعنی 35 میلیون درجه. او تأکید می‌کند که جریان به 18 مگا آمپر در 100 نانوثانیه افزایش یافته است. او برآورد می‌کند که 30٪ جرم "در راه از دست رفته است"، اما 70٪ به مقصد رسیده است. در واقع، همین نتیجه از تمام مطالعات با لینر سیمی (پایان‌نامه باوی) حاصل شده است. در طول فرآیند کاهش، این سیم‌ها "بخار می‌شوند" مانند کomet‌ها که دارای گاز می‌شوند. آنها "پس از خود" یک رد پای پلاسما با جرمی که می‌تواند بین 30 تا 50٪ جرم سیم‌ها را تشکیل دهد، باقی می‌گذارند.

با Ni = 3.41×10²⁰ ایون در هر متر و Z = 26 (آهن)، رابطه بنیت را با بار واحد الکتریکی e = 1.6×10⁻¹⁹ کولن (C) محاسبه می‌کنیم:

μ₀ = 4π×10⁻⁷ واحدهای MKSA

( T_i + Z T_e ) را محاسبه می‌کنیم:

این برابر با 3.44 میلیارد درجه است. هنگامی که قطر سیم پلاسما از حداقل خود عبور می‌کند، اندازه‌گیری دمای ایونی 270 کیلو الکترون ولت است، یعنی 3.12 میلیارد درجه. با توجه به محدوده خطای اندازه‌گیری، همخوانی بسیار قابل توجهی وجود دارد.

26 ژوئن 2006

چگونه دمای ایونی در یک آرایش اندازه‌گیری شود؟ (J.P. Petit، 27 ژوئن 2006)

جزئیات ایجاد معادله دیفرانسیلی که دینامیک یک عنصر لینر تحت نیروی الکترومغناطیسی شعاعی را توصیف می‌کند، را دوباره بررسی می‌کنیم. همه چیز را دوباره بررسی می‌کنیم. به سادگی ثابت می‌شود که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک دسته سیم‌ها که در امتداد یک استوانه قرار دارند، معادل با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک سیم منفرد در طول محور است که تمام جریان را عبور می‌دهد. به عبارت دیگر:

n سیم وجود دارد. در هر سیم جریان I/n عبور می‌کند. این سیم تحت نیروی لاپلاس، به ازای هر واحد طول، قرار دارد:

M را جرم به ازای هر واحد طول لینر بنامیم. تا زمانی که سیم بخار نشود، معادله دیفرانسیل با نوشتن زیر به دست می‌آید:

که در آن I به زمان وابسته است. اما این یک ورودی برای معادله است.

اکنون سیم را با بخار فلز جایگزین می‌کنیم. به طور دقیق‌تر، کل سیستم سیم‌ها را با یک استوانه پلاسما، یک "پینچ" جایگزین می‌کنیم. این استوانه همچنان توسط جریان I عبور می‌کند. در سطح می‌توانیم میدان B را با همان فرمول محاسبه کنیم. اما می‌توانیم یک نیروی فشار وارد کنیم که تلاش می‌کند این انقباض را متوقف کند. این فشار، فشار ایونی است:

p_i = n_i k T_i

ما به آن کنترل نداریم، زیرا به انرژی انتقال یافته به ایون‌ها به شکلی هنوز نامشخص، از طریق ناپایداری‌های MHD، مطابق هینز، وابسته است. ما نیروی لاپلاس را داریم که بر هر "سیم" یا هر بخش پلاسما که متناظر با بخش 2π/n بود، اعمال می‌شود. نیروی فشار که بر این بخش به ازای هر واحد طول وارد می‌شود، به صورت زیر است:

می‌توانم معادله دیفرانسیل حرکت را با نوشتن زیر به دست آورم:

داریم:

با جایگذاری در معادله:

از آنجایی که ما نمی‌دانیم چگونه دمای ایونی در طول زمان تغییر می‌کند، زیرا به این ورودی انرژی بستگی دارد، نمی‌توانیم پیش‌تر برویم، مگر اینکه بخواهیم مقدار دمای ایونی را در زمانی که شتاب صفر است، در "شرایط توقف" (r" = 0)، برآورد کنیم. در این حالت به دست می‌آوریم:

مشاهده می‌شود که این دمای ایونی (که در واقع یک تقریب مرتبه بزرگی در محاسبات ساده است) که متناظر با "شرایط توقف" است، به مربع جریان الکتریکی کل I وابسته است و با کاهش تعداد ایون‌ها در هر متر افزایش می‌یابد. بنابراین برای جرم و هندسه یکسان لینر، بهتر است از اتم‌های سنگین‌تر استفاده شود، به طوری که مانند پیشنهاد یکی از کارمندان سابق DAM (بخش کاربردهای نظامی) مثلاً طلا، که انعطاف‌پذیر و آسان کار شود، چهار برابر سنگین‌تر از فولاد ضدزنگ است. با پیکربندی ماشین Z ساندیا، می‌توان امیدوار بود که با استفاده از سیم طلا، دمای ده میلیارد درجه را به دست آورد.

اما هنوز نیاز است که تمام پارامترها کنترل شوند، یعنی بدانیم "چرا این کار کرد". سرعت تبخیر مواد می‌تواند نقش کلیدی داشته باشد. هرچه این سرعت پایین‌تر باشد، لینر به مدت طولانی‌تر به شکل سیم‌های جداگانه باقی می‌ماند و محوریت را حفظ می‌کند. اگر سرعت تبخیر طلا بیش از حد بالا باشد، جایگزینی فولاد ضدزنگ با این ماده ممکن است نتایج بدتری به همراه داشته باشد. اما در هر صورت باید تلاش کرد. و البته با شدت‌های بالاتر. آمریکایی‌ها چه نتیجه‌ای خواهند گرفت با ZR که 28 میلیون آمپر به جای 20 میلیون تولید می‌کند؟ به طور منطقی دمای ایونی باید مقادیر بالاتری را به دست آورد. شاید پنج میلیارد درجه.

اگر به این عبارتی که روند آزمایش را نشان می‌دهد و نحوه تأثیر پارامترها بر دمای ایونی در پایان فشردگی اشاره می‌کند، اعتماد کنیم، نشان می‌دهد که با یک آرایش مشابه ماشین Z ساندیا، ژنراتور گرامات نمی‌تواند دمای بیش از 50 میلیون درجه را به دست آورد. اما می‌توان آرایش‌های دیگری را در نظر گرفت. به بخش بعدی مراجعه کنید.

26 ژوئن 2006

چگونه دمای ایونی در یک آرایش اندازه‌گیری شود؟ (J.P. Petit، 27 ژوئن 2006)

جزئیات ایجاد معادله دیفرانسیلی که دینامیک یک عنصر لینر تحت نیروی الکترومغناطیسی شعاعی را توصیف می‌کند، را دوباره بررسی می‌کنیم. همه چیز را دوباره بررسی می‌کنیم. به سادگی ثابت می‌شود که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک دسته سیم‌ها که در امتداد یک استوانه قرار دارند، معادل با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک سیم منفرد در طول محور است که تمام جریان را عبور می‌دهد. به عبارت دیگر:

n سیم وجود دارد. در هر سیم جریان I/n عبور می‌کند. این سیم تحت نیروی لاپلاس، به ازای هر واحد طول، قرار دارد:

M را جرم به ازای هر واحد طول لینر بنامیم. تا زمانی که سیم بخار نشود، معادله دیفرانسیل با نوشتن زیر به دست می‌آید:

که در آن I به زمان وابسته است. اما این یک ورودی برای معادله است.

اکنون سیم را با بخار فلز جایگزین می‌کنیم. به طور دقیق‌تر، کل سیستم سیم‌ها را با یک استوانه پلاسما، یک "پینچ" جایگزین می‌کنیم. این استوانه همچنان توسط جریان I عبور می‌کند. در سطح می‌توانیم میدان B را با همان فرمول محاسبه کنیم. اما می‌توانیم یک نیروی فشار وارد کنیم که تلاش می‌کند این انقباض را متوقف کند. این فشار، فشار ایونی است:

p_i = n_i k T_i

ما به آن کنترل نداریم، زیرا به انرژی انتقال یافته به ایون‌ها به شکلی هنوز نامشخص، از طریق ناپایداری‌های MHD، مطابق هینز، وابسته است. ما نیروی لاپلاس را داریم که بر هر "سیم" یا هر بخش پلاسما که متناظر با بخش 2π/n بود، اعمال می‌شود. نیروی فشار که بر این بخش به ازای هر واحد طول وارد می‌شود، به صورت زیر است:

می‌توانم معادله دیفرانسیل حرکت را با نوشتن زیر به دست آورم:

داریم:

با جایگذاری در معادله:

از آنجایی که ما نمی‌دانیم چگونه دمای ایونی در طول زمان تغییر می‌کند، زیرا به این ورودی انرژی بستگی دارد، نمی‌توانیم پیش‌تر برویم، مگر اینکه بخواهیم مقدار دمای ایونی را در زمانی که شتاب صفر است، در "شرایط توقف" (r" = 0)، برآورد کنیم. در این حالت به دست می‌آوریم:

مشاهده می‌شود که این دمای ایونی (که در واقع یک تقریب مرتبه بزرگی در محاسبات ساده است) که متناظر با "شرایط توقف" است، به مربع جریان الکتریکی کل I وابسته است و با کاهش تعداد ایون‌ها در هر متر افزایش می‌یابد. بنابراین برای جرم و هندسه یکسان لینر، بهتر است از اتم‌های سنگین‌تر استفاده شود، به طوری که مانند پیشنهاد یکی از کارمندان سابق DAM (بخش کاربردهای نظامی) مثلاً طلا، که انعطاف‌پذیر و آسان کار شود، چهار برابر سنگین‌تر از فولاد ضدزنگ است. با پیکربندی ماشین Z ساندیا، می‌توان امیدوار بود که با استفاده از سیم طلا، دمای ده میلیارد درجه را به دست آورد.

اما هنوز نیاز است که تمام پارامترها کنترل شوند، یعنی بدانیم "چرا این کار کرد". سرعت تبخیر مواد می‌تواند نقش کلیدی داشته باشد. هرچه این سرعت پایین‌تر باشد، لینر به مدت طولانی‌تر به شکل سیم‌های جداگانه باقی می‌ماند و محوریت را حفظ می‌کند. اگر سرعت تبخیر طلا بیش از حد بالا باشد، جایگزینی فولاد ضدزنگ با این ماده ممکن است نتایج بدتری به همراه داشته باشد. اما در هر صورت باید تلاش کرد. و البته با شدت‌های بالاتر. آمریکایی‌ها چه نتیجه‌ای خواهند گرفت با ZR که 28 میلیون آمپر به جای 20 میلیون تولید می‌کند؟ به طور منطقی دمای ایونی باید مقادیر بالاتری را به دست آورد. شاید پنج میلیارد درجه.

اگر به این عبارتی که روند آزمایش را نشان می‌دهد و نحوه تأثیر پارامترها بر دمای ایونی در پایان فشردگی اشاره می‌کند، اعتماد کنیم، نشان می‌دهد که با یک آرایش مشابه ماشین Z ساندیا، ژنراتور گرامات نمی‌تواند دمای بیش از 50 میلیون درجه را به دست آورد. اما می‌توان آرایش‌های دیگری را در نظر گرفت. به بخش بعدی مراجعه کنید.

بازگشت به فرمول بنیت. در آزمایش ساندیا، دمای الکترونی اندازه‌گیری شده (بر اساس تابش پرتو ایکس) 3 کیلو الکترون ولت است. با Z = 26 داریم:

Z T_e = 78

بنابراین فشار ناشی از گاز الکترون‌ها نیست! برای تعادل فشار مغناطیسی (رابطه بنیت)، فشار ایون‌ها باقی می‌ماند. اما باید دمای ایون‌ها به 219 کیلو الکترون ولت، یعنی ... 2.54 میلیارد درجه باشد! در واقع باید:

T_i + 78 (اندازه‌گیری شده) = 296

اما این همه نیست. قبل از این آزمایش‌ها، ساندیا با "گاز پوف" (باف‌های گازی) که به مرکز سیستم فرستاده می‌شدند و با استفاده از لینر سیمی فشرده می‌شدند، عمل کرده بود.

با این حال، همان ناهماهنگی در تعادل فشار در انقباضات Z-pinch با "گاز پوف" [9] رخ می‌دهد، که در آن پروفیل‌های چگالی و دما در شرایط توقف واقعاً اندازه‌گیری شده‌اند، اما همچنان دمای بالای اندازه‌گیری شده ایون‌ها به 36 کیلو الکترون ولت (سه میلیون درجه) به طور تاکنون توضیح داده نشده است.

با این حال، همان ناهماهنگی در تعادل فشار در آزمایش‌های Z-pinch با "باف‌های گازی" [9] مشاهده شده است، که در آن پروفیل‌های چگالی و دما در شرایط توقف واقعاً اندازه‌گیری شده‌اند، اما همچنان دمای بالای اندازه‌گیری شده ایون‌ها به 36 کیلو الکترون ولت (سه میلیون درجه) به طور تاکنون توضیح داده نشده است.

با این حال، همان ناهماهنگی در تعادل فشار در آزمایش‌های Z-pinch با "باف‌های گازی" [9] مشاهده شده است، که در آن پروفیل‌های چگالی و دما در شرایط توقف واقعاً اندازه‌گیری شده‌اند، اما همچنان دمای بالای اندازه‌گیری شده ایون‌ها به 36 کیلو الکترون ولت (سه میلیون درجه) به طور تاکنون توضیح داده نشده است.

[9] K. L. Wong و همکاران، Phys. Rev. Lett. 80, 2334 (1998).

در اینجا، اگر یک خواننده بتواند PDF مرجع (9) را برای من ارسال کند، آن را به طور دقیق‌تر بررسی خواهم کرد.

هینز گرمایش مقاومتی و اثر جوول ساده که به سمت آن یوناس توجه داشت، را رد می‌کند. او مثلاً ذکر می‌کند که برای گرم کردن یک پینچ با قطر 2 میلی‌متر به 3 کیلو الکترون ولت (فقط سه میلیون درجه) نیاز به 8 میکروثانیه است!

او تنها میدان مغناطیسی اطراف را به عنوان منبع انرژی ممکن می‌بیند. بنابراین پیشنهاد می‌کند که گرمایش ایون‌ها از طریق ناپایداری‌های MHD با طول موج بسیار کوتاه، دنبال شود که به توزیع یکنواخت منجر شود، گرمایش گاز الکترون‌ها از طریق برخورد ایون-الکترون، و در نهایت این امر منجر به تابش انرژی از خود الکترون‌ها می‌شود (از طریق بِرِم‌استراهلُنگ کلاسیک، یا تابش کاهشی، یعنی از طریق تعامل با میدان مغناطیسی).

آنچه بعدی مطرح می‌شود، ماهیت ناپایداری‌های MHD مورد بحث است. ما به معادله انرژی می‌رسیم که به صورت زیر نوشته می‌شود:

k ثابت بولتزمن است و neq فرکانس برخورد است. CA سرعت هالفن، Cs سرعت صوت، a قطر حداقلی پلاسماست. اما هینز این معادله را به شکل دیگری می‌نویسد و دماها را به الکترون ولت و فرکانس برخورد را با معکوس آن، زمان مسیر آزاد متوسط teq جایگزین می‌کند.

در مقایسه با پلاسماهای خارج از تعادل مانند لامپ نئون آشپزخانه شما، متوجه می‌شوید که این بار دمای ایونی بالاتر از دمای الکترون‌ها است (در حالی که در لامپ، معکوس است: گاز الکترون‌ها گرم، نئون سرد). زیرا معادله برای محیط خارج از تعادل مانند یک لامپ نئون ساده.

جمله اول نشان‌دهنده گرمایش گاز الکترون‌ها به وسیله اثر جوول است. J بردار چگالی جریان و s هدایت الکتریکی است. عبارت سمت راست معادله قبلی به صورت زیر خوانده می‌شود. در مخرج، زمان مسیر آزاد الکترون در نئون قرار دارد که معکوس آن فرکانس برخورد است. وقتی الکترون‌ها انرژی به ایون‌ها منتقل می‌کنند، این کار با سختی انجام می‌شود و یک ضریب، نسبت جرم‌ها، در معادله ظاهر می‌شود.

اما وقتی یک ایون به الکترون برخورد می‌کند، بازده انتقال انرژی یک است. بنابراین این ضریب نسبت جرم حذف می‌شود، یا به عبارت دیگر برابر با یک است. هینز سپس فرمول کلاسیک محاسبه فرکانس برخورد الکترون-ایون را ارائه می‌دهد. ما در "حالت کولومبی" هستیم. در عبارت، مساحت موثر برخورد الکترون-ایون ظاهر می‌شود. کسانی که تئوری گازهای کینتیک را می‌شناسند، این عبارت کلاسیک را تشخیص خواهند داد.

بخش مربوط به بروز ناپایداری‌های MHD کمی سطحی است، به ویژه به دلیل اینکه پارامتر هال ایون‌ها بزرگتر از یک است.

آنچه در این پارامتر دخیل است، فرکانس برخورد ایون-ایون است.

یوناس به من نوشت که "نظریه هینز این حالت خارج از تعادل را به خوبی توضیح می‌دهد"، اما من تنها به نصف متقاعد شده‌ام. بگوییم که "توضیح" هینز بسیار در حال شکل‌گیری است و در حدود بیست خط خلاصه می‌شود. او فرض می‌کند که این ناپایداری‌ها بر ایون‌ها تأثیر می‌گذارند و در این محیط گرمایش ویسکوزیته‌ای ایجاد می‌کنند.

خواننده احتمالاً سوال دارد که این ناپایداری‌ها چه شکلی هستند و چگونه به وجود می‌آیند. تلفات به وسیله اثر جوول، به ازای هر واحد حجم، عبارت است از:

ناپایداری‌های در نظر گرفته شده، توربولانسی در چگالی جریان ایجاد می‌کنند. خطوط جریان تنگ‌تر، گسترش یافته، دوباره تنگ‌تر می‌شوند، طبق طول موج‌های بلند که هینز آنها را در میکرون یا ده‌گان میکرون تخمین می‌زند. این ناپایداری‌های میکرویی هستند. اگر به طور محلی چگالی جریان افزایش یابد، این امر با افزایش میدان مغناطیسی، به صورت معکوس، همراه خواهد بود. بنابراین این توربولانس الکترومغناطیسی است، مشخصه پینچ‌هاست. به عنوان مثال، این توربولانس‌ها در ... برق سیاه دیده می‌شوند. یک صاعقه کوتاه مدت است، اما عکس‌هایی که از یک صاعقه در حال ناپدید شدن گرفته می‌شود، قطرات پلاسما را به صورت زنجیره‌ای نشان می‌دهد. در این حالت گاز (هوای) کاملاً یونیزه نیست. هنگامی که پینچ باریک شدن باریک شود، چگالی جریان افزایش می‌یابد، دمای الکترونی نیز افزایش می‌یابد. صاعقه یک قوس الکتریکی است. مکانیسم‌هایی که در آن رخ می‌دهند پیچیده هستند. افزایش شدت جریان الکتریکی باعث افزایش گرمای تولید شده به وسیله اثر جوول می‌شود. فیلمنت پلاسما منبسط می‌شود، و غیره...

ناپایداری‌های میکرویی که هینز پیشنهاد می‌کند، "خواهران" این ناپایداری‌ها هستند. پینچ‌های میکرویی رخ می‌دهند. مقدار محلی چگالی جریان افزایش می‌یابد، که به طور متوالی منجر به افزایش میدان مغناطیسی و فشار مغناطیسی در اطراف می‌شود. این افزایش تمایل دارد پینچ را تشدید کند. این پایه ناپایداری خودی پلاسما، یعنی این توربولانس الکترومغناطیسی است. سپس ممکن است ... هزاران چیز رخ دهد که تنها محاسبات می‌توانند آن را نظریه‌پردازی کنند، که هینز انجام نداده است. حداقل می‌توان گفت که محیط بسیار پیچیده است. فرض کنید که قبل از اینکه ناپایداری‌ها شروع به گرم کردن ایون‌های پلاسما کنند، دو دمای الکترونی و ایونی برابر باشند، مثلاً 20 میلیون درجه. یک پینچ رخ می‌دهد. این امر منجر به افزایش دمای الکترونی می‌شود. آیا این امر باعث ایجاد فرار جدید الکترون‌ها می‌شود؟ این بستگی به "زمان مشخصه یونیزاسیون" دارد. دوباره، داده‌ها و محاسبات. اما در مقابل ناپایداری وِلیخوف، این ناپایداری بر گاز ایون‌ها تأثیر می‌گذارد، به "ویسکوزیته". فیزیکاً این پینچ‌ها ایون‌ها را به صورت شعاعی "لرزان" می‌کنند.

تأکید می‌کنم که در این پلاسماها جریان الکتریکی یک جریان الکترونی است و ناشی از جریان ایون‌ها نیست. این پلاسما به الکترودهای فلزی متصل است. هنگامی که پینچ رخ می‌دهد، میدان مغناطیسی و نیروی لاپلاس تقویت می‌شوند، که به طور اولیه توسط الکترون‌ها تحمل می‌شود و این "ضربه" را از طریق برخوردها به ایون‌ها منتقل می‌کند. این تنگ شدن بسته خطوط جریان الکترونی، یک میدان الکتریکی شعاعی ایجاد می‌کند که بر ایون‌ها عمل می‌کند و آنها را نیز به سمت داخل می‌کشد. در این ناپایداری، یک پدیده توربولانس میکرویی وجود دارد که بر گاز الکترون‌ها تأثیر می‌گذارد، و این "لرزش‌ها" را به گاز ایون‌ها منتقل می‌کند. زمان مشخصه ترموالیزاسیون در گاز ایون‌ها بسیار کم است (37 پیکو ثانیه).

سپس معادله انرژی را برای گاز ایون‌ها می‌نویسد و در جمله اول، مقدار ورودی ناشی از گرمایش ویسکوزیته توسط ناپایداری‌ها را ذکر می‌کند:

زمان مشخصه که در مخرج جمله دوم ظاهر می‌شود، زمان مسیر آزاد متوسط ایون‌ها تحت برخورد با الکترون‌ها است. بنابراین "زمان توزیع یکنواخت" است، زمان مشخصه برابری دو دمای ایونی و الکترونی. هینز آن را به "حدود 5 نانوثانیه" می‌شمارد.

توجه داشته باشید که این زمان توزیع یکنواخت شامل نسبت (mi / me) است. هرچه طولانی‌تر باشد، گاز ایونی و گاز الکترونی کمتر به هم متصل خواهند شد. برای ایون‌های آهن، این نسبت برابر است با:

به وضوح می‌توان سوال کرد که در طول این فرآیند آیا می‌توان تابع توزیع سرعت در محیط ایون‌ها را ماکسولی فرض کرد. هینز این موضوع را با ارائه مقدار زمان بازگشت ترموالیزاسیون tii در این محیط، که او آن را به 37 پیکو ثانیه می‌شمارد، توجیه می‌کند. از آنجایی که این زمان بسیار کوتاه است نسبت به زمان توزیع یکنواخت، هینز نتیجه می‌گیرد که گاز ایونی ترموالیزه شده و ماکسولی است. سپس از فرمول بالا با مقادیری که انتخاب می‌کند، به طول موج‌های این ناپایداری‌های MHD بین یک صدم تا یک دهم میلی‌متر می‌رسد.

در این عبارت A جرم اتمی آهن (55.8) است، a قطر حداقلی پینچ، I شدت جریانی است که در سیم پلاسما عبور می‌کند (دیگر صحبتی از لینر سیمی نیست: آنها به پلاسما تبدیل شده‌اند).

جمله کلیدی این است:

بنابراین برای Z-pinchهای در شرایط توقف، اگر زمان توزیع یکنواخت به مراتب طولانی‌تر از نسبت a/c باشد، دمای ایونی به طور قابل توجهی بیش از دمای الکترونی خواهد بود.

بازگشت به آزمایش مرجع، هینز برای قطر سیم پلاسما مقدار 3.6 میلی‌متر را انتخاب می‌کند. با این مقادیر، "نتیجه‌ای که با دمای ایونی 219 کیلو الکترون ولت (2.5 میلیارد درجه کلوین) سازگار است" به دست می‌آید. او تأکید می‌کند که در آزمایش ساترن (مرجع 3)، این نسبت به اندازه 3 تا 4 برابر برای نسبت انرژی گرمایی ایون‌ها به انرژی جنبشی پینچ یافت شده بود، اما در آن زمان اندازه‌گیری دمای ایونی انجام نشده بود. تفاوت اصلی این است که امروز محققان این اندازه‌گیری‌ها را دارند، که در بخش بعدی به طور دقیق‌تر توضیح داده خواهند شد.

با این حال:

در واقع، بدون این روش مصنوعی تعریف پارامترها، هیچ کدی نتوانسته است این آزمایش‌های با قطر بزرگ را مدل‌سازی کند. شبیه‌سازی‌های 2D و 3D انقباضات لینر سیمی به طور کلی [9] نیازمند، به عنوان پارامترهای ورودی، شناخت طول موج و دامنه اولیه ناپایداری‌ها و مقدار مقاومت "خالی" (که به ازای جایی تعریف می‌شود که چگالی پلاسما زیر یک مقدار مشخص برسد) است. علاوه بر این، هیچ شبیه‌سازی فعلی شامل ویسکوزیته ایونی (نه به عنوان یک نمایش کامل تانسور تنش) یا شبکه کافی برای مدل‌سازی ناپایداری‌های طول موج کوتاه پیشنهاد شده در اینجا نیست. اغلب یک روش دلخواه برای جلوگیری از کاهش تابشی استفاده می‌شود.

این عبارت‌ها، توضیح گرمایش ایونی از طریق تعامل با میدان مغناطیسی محیط را محدود می‌کنند.

اندازه‌گیری دمای ایونی با استفاده از گسترش خطوط طیفی به دلیل اثر دوپلر انجام شده است، همچنین در طول زمان و با استفاده از طیف‌سنج بلور لی‌اف در فاصله 6.64 متری از پینچ. جزئیات فنی مربوط به این طیف‌سنج را در مقاله ببینید. زیرا طیف تابشی:

در این آزمایش Z1141 که از فولاد ضدزنگ استفاده شده است، علاوه بر خطوط مس و آهن که غالب هستند، خطوط منگنز و نیکل نیز دیده می‌شوند. برای ارزیابی دما، خط آهن در 8.49 کیلو الکترون ولت و خط منگنز در 6.18 کیلو الکترون ولت انتخاب شده است. اندازه‌گیری‌ها بر روی این خطوط، هرچند ضعیف‌تر، کمتر مستعد خطا به دلیل تراوایی هستند.

سپس مقاله قابلیت اطمینان این اندازه‌گیری‌های دما را توجیه می‌کند، که خطای آن به 35 کیلو الکترون ولت برآورد شده است. زیرا تغییرات دما، توان تابشی و قطر پینچ در طول زمان نشان داده شده است.

متوجه می‌شوید که خطاهای احتمالی مربوط به (سه) اندازه‌گیری دمای ایون آهن در نمودار نشان داده نشده است. با این حال، در مقاله می‌خوانیم:

یک خطا 35 کیلو الکترون ولت به اندازه گیری های دمایی اختصاص داده می شود به دلیل عدم قطعیت در اندازه گیری عرض خطوط.

یک خطا سیستمیک 35 کیلو الکترون ولت به اندازه گیری های دمایی اختصاص داده می شود، به دلیل عدم قطعیت در ارزیابی عرض خطوط.

نویسندگان ساده این را فراموش کرده اند. نباید فراموش کرد که شش نفر هستند. یا یک نفر مسئول نگارش است و دیگران مشارکت می کنند، یا هر کدام به تنهایی کار می کنند و مقاله به این صورت یک اثر متشکل از قطعات مختلف می شود. خواننده تصمیم می گیرد. بنابراین، این محدودیت ها را اضافه می کنیم.

می بینیم که نقاط اندازه گیری یون های آهن در محدودیت خطا یون های منگنز قرار دارند و برعکس. در نمودار، اندازه گیری دمای یون های آهن از 200 تا 300 کیلو الکترون ولت افزایش می یابد، اما چون این اندازه گیری ها ترکیب شده اند، و فاصله دمایی (35 کیلو الکترون ولت) بین جمعیت یون های آهن و منگنز را در نظر نمی گیرند (که به احتمال زیاد درست است)، نویسندگان مقادیر میانی از 230 کیلو الکترون ولت (2.66 میلیارد درجه کلوین) تا 320 کیلو الکترون ولت (3.7 میلیارد درجه کلوین) ارائه می دهند. ما واقعاً "بیش از 2×109 کلوین" هستیم، "بیش از دو میلیارد درجه" و نه فقط کمی، چون بالاترین مقدار به 3.7 میلیارد درجه می رسد. علاوه بر این، با توجه به شکل منحنی، احتمالاً می توان مقدار بالاتری اندازه گیری کرد، اگر در این آزمایش دوباره، چهار تصویر موجود را 5 نانو ثانیه دیرتر قرار دهیم. و اگر این افزایش دما، مربوط به گرم شدن یون ها که هاینز سعی می کند آن را توجیه کند، حفظ شود، نه 2 میلیارد درجه کلوین را می توان در نظر گرفت، بلکه ... چهار (به یادآوری می کنیم که در سوپرنوفاها دما به ده میلیارد درجه می رسد).

به طور منطقی، با توجه به قابلیت اندازه گیری دما، نویسندگان باید عنوان "دمای 3.7 میلیارد درجه کلوین به دست آمده" را انتخاب می کردند و "مقدار رکورد" را ذکر می کردند، اما فقط گفتند "بیش از دو میلیارد درجه کلوین". چرا این ... تردید؟ علاوه بر این، توجه کنید:

• با 500 میلیون درجه، بله برای همجوشی (بدون آلودگی) لیتیوم-هیدروژن

• با یک میلیارد درجه، بله برای تفکیک (بدون آلودگی) بور-هیدروژن

• با چهار میلیارد، چه چیزی؟ (به متخصصان هسته ای پاسخ دهید)

• اگر روزی به ده میلیارد برسیم، تمام واکنش های سنتز هسته ای که منجر به اتم های جدول تناوبی می شود، ممکن می شود. یعنی تمام طیفی از خلقت.

من را خدا بگو.

همان نمودار، با رسم تغییرات در طول زمان، منحنی میانگین به رنگ سیاه، که در مقاله انتخاب شده است.

می بینیم که قطر پلاسمایی در یک مینیمم می گذرد دقیقاً قبل از t = 110 نانو ثانیه. یک انتشار اشعه ایکس در طول حدود 5 نانو ثانیه وجود دارد. به مقادیر حداکثر دمای ثبت شده توجه کنید. 300 کیلو الکترون ولت (3.48 میلیارد درجه کلوین) برای یون های آهن و 340 کیلو الکترون ولت (3.94 میلیارد درجه کلوین) برای یون های منگنز.

نکته: فرمول بنت:

mo I2 = 8 p Ni ( Ti + Z Te )

(ملاحظه کنید بالا) 2.5 میلیارد درجه کلوین برای آهن می دهد. این محاسبه به آزمایش Z1141 (18 میلیون آمپر. لاینر 450 میلی گرم) اشاره دارد، همانند شکل 1. اما تحلیل ها و داده های ارائه شده در این مقاله به سه آزمایش (Z1141، Z1137 و Z 1386) مربوط می شود.

**نظر من: **

به عنوان عنوان مقاله هاینز برگردد: " over 2 x 109 Kelvin "، که به معنی " بیش از دو میلیارد درجه " است. در حالی که در سال های قبل این سیستم ها به یک میلیون و نیم، دو میلیون درجه و بیشتر بالا می رفتند، ناگهان ماشین سرعت می گیرد. خوانندگان ممکن است با عدم وجود انتشار از کربن تعجب کنند. اما (ویکی پدیا) فولادهای ناکام گرمایی کربن کمی دارند (کمتر از 0.15٪). به قاب کنید.

فولادهای ناکام گرمایی بیش از 70 درصد تولید کل فولاد را تشکیل می دهند. آنها حداکثر 0.15 درصد کربن، حداقل 16 درصد کروم و مقدار کافی نیکل و/یا منگنز دارند تا ساختار ناکام گرمایی را در تمام دماها از منطقه یخچالی تا نقطه ذوب آلیاژ حفظ کنند.

فولادهای ناکام گرمایی (یک ساختار بلوری خاص) 70 درصد تولید را تشکیل می دهند. آنها حداکثر 0.15 درصد کربن (...), حداقل 16 درصد کروم و مقدار کافی نیکل و (/یا) منگنز دارند تا ساختار ناکام گرمایی را در تمام دماها، از دمای بسیار پایین، یخچالی تا نقطه ذوب آلیاژ حفظ کنند.

فولادهای ناکام گرمایی بیش از 70 درصد تولید کل فولاد را تشکیل می دهند. آنها حداکثر 0.15 درصد کربن، حداقل 16 درصد کروم و مقدار کافی نیکل و/یا منگنز دارند تا ساختار ناکام گرمایی را در تمام دماها از منطقه یخچالی تا نقطه ذوب آلیاژ حفظ کنند.

فولادهای ناکام گرمایی (یک ساختار بلوری خاص) 70 درصد تولید را تشکیل می دهند. آنها حداکثر 0.15 درصد کربن (...), حداقل 16 درصد کروم و مقدار کافی نیکل و (/یا) منگنز دارند تا ساختار ناکام گرمایی را در تمام دماها، از دمای بسیار پایین، یخچالی تا نقطه ذوب آلیاژ حفظ کنند.

فولادهای ناکام گرمایی بیش از 70 درصد تولید کل فولاد را تشکیل می دهند. آنها حداکثر 0.15 درصد کربن، حداقل 16 درصد کروم و مقدار کافی نیکل و/یا منگنز دارند تا ساختار ناکام گرمایی را در تمام دماها از منطقه یخچالی تا نقطه ذوب آلیاژ حفظ کنند.

فولادهای ناکام گرمایی (یک ساختار بلوری خاص) 70 درصد تولید را تشکیل می دهند. آنها حداکثر 0.15 درصد کربن (...), حداقل 16 درصد کروم و مقدار کافی نیکل و (/یا) منگنز دارند تا ساختار ناکام گرمایی را در تمام دماها، از دمای بسیار پایین، یخچالی تا نقطه ذوب آلیاژ حفظ کنند.

دو منحنی دمایی برای گاز یون های آهن و گاز یون های منگنز نشان داده شده است که به نظر می رسد متفاوت هستند. اما اول، فاصله خطا که برای منگنز مشخص شده است، این امکان را می دهد که این دو دمای واقعاً بسیار نزدیک باشند. دوم، یون منگنز، اگر چه تقریباً بار یکسانی با یون آهن (25 در مقابل 26) دارد، اما دو برابر سبک تر است (30 در مقابل 58). بنابراین، احتمالاً، تحت یک ناپایداری MHD، این دو گاز، که به طور نزدیک به هم هستند، بین خود یک (کمی: 12٪) اثر ناهمگونی دارند و دمای متفاوتی دارند.

هاینز: قطر پلاسمایی به مقدار حداقل 1.5 میلی متر می رسد 2 نانو ثانیه قبل از حداکثر انتشار اشعه ایکس. او معتقد است که در لحظه ای که این حداکثر به دست می آید، چگالی و "توزیع یکنواخت" باید حداکثر باشد (من به طور معمول "رویه توزیع یکنواخت" را می خوانم)

بیایید این منحنی های مختلف را "صحبت کنیم". چه اتفاقی می افتد؟

چهار نقطه اندازه گیری دمایی وجود دارد. یکی حذف می شود، برای آهن، دومی به دلیل مشکل اندازه گیری. این تعداد کم با کل چیزی است که سیستم ثبت می تواند بگیرد. این خودش یک امر عجیب است، نه فقط داشتن اندازه گیری های دمایی، بلکه داشتن ایده ای از تغییرات آن در طول زمان. با این حال، ما به مقادیر قبل از t = 105 نانو ثانیه و پس از t = 115 نانو ثانیه دسترسی نداریم.

متن می گوید که در لحظه "توقف" (آرامش) پلاسمایی، دمای الکترونی به 3 کیلو الکترون ولت رسیده است، یعنی 35 میلیون درجه. این به معنی است که در لحظه ای که این دما حداکثر است، دمای الکترونی نمی تواند بیش از صد هزارم مقدار دمای یونی حداکثر برسد. چون قدرت انتشار به سرعت بالا می رود، باید فرض کنیم که قبل از t = 105 نانو ثانیه کمتر بوده است. به نظر می رسد این دما به طور 9 برابر کاهش می یابد، تا t = 115 نانو ثانیه. اما قانون استفان نشان می دهد که قدرت انتشار به توان چهارم دمای متناسب است. بنابراین کاهش واقعی در نسبت ریشه چهارم 9، یعنی 1.73 است. . این به Te منجر می شود که 3 تا 1.68 کیلو الکترون ولت باشد. من منحنی را رسم می کنم، تقریباً:

تغییرات دمای الکترونی به رنگ سیاه. تغییرات قدرت انتشار (قانون استفان) به رنگ قرمز.

اما در t = 105 نانو ثانیه، یون ها قبلاً گرم هستند (دما در حدود 200 کیلو الکترون ولت). بنابراین، این مکانیسم گرم کردن، که باید توضیح داده شود، قبل از توقف حالت اشعه پلاسمایی که در t = 110 نانو ثانیه کمینه است، اعمال می شود.

به طور گرافیکی: پلاسمایی که فرو می رود. بدون این پدیده ای که انرژی اضافی را به این گاز می دهد، که هاینز فکر می کند از تبدیل انرژی مغناطیسی به گرما به دست می آید، پلاسمایی کاملاً فرو خواهد رفت، اگر دمای یون ها با دمای الکترون ها یکسان باشد (کمتر از 20 میلیون درجه قبل از t = 105 ثانیه).

اما یون ها از این افزودنی غنی می شوند. دمای یون ها افزایش می یابد. ارتباط بین گاز یون و گاز الکترون در "زمان ویژه توزیع یکنواخت" teq که هاین ارزیابی آن را 5 نانو ثانیه دانسته است، انجام می شود. بنابراین، زمان افزایش دمای الکترونی با این عدد (از 107 تا 112 نانو ثانیه) مطابقت دارد.

هاینز می گوید که این پدیده گرم کردن گاز یون کافی است تا فشار مغناطیسی را خنثی کند و "شرایط توقف" واقعاً به دست می آید، چون سرعت مشخصه ای که شعاع پلاسمایی تغییر می کند فقط 15 درصد سرعت گرمایی یون ها است. می توان سرعت گرمایی یون های آهن را بین مقادیر کمینه و بیشینه دمای اندازه گیری شده ارزیابی کرد.

• برای دمای کمینه، 230 کیلو الکترون ولت یا 2.66 میلیارد درجه: < Vi > = 1066 کیلومتر بر ثانیه - برای دمای بیشینه، 320 کیلو الکترون ولت یا 3.7 میلیارد درجه: < Vi > = 1258 کیلومتر بر ثانیه

هاینز این مقادیر را با "سرعت گسترش" پلاسمایی مقایسه می کند و می گوید که این 15 درصد از این مقدار است. چه روشی برای ارزیابی گرفتن نقاط روی منحنی باشد، همچنان کمتر از سرعت گرمایی است که به نظر می رسد واقعاً نشان می دهد که فشار در پلاسمایی فشار مغناطیسی را خنثی کرده است.

بعد، قطر پلاسمایی دوباره شروع به افزایش می کند. چرا؟ چون گرمای یون ها ادامه دارد. می توانیم این گسترش را تلاش کنیم محاسبه کنیم.

یک چیزی که من الان متوجه نمی شوم: چرا دمای الکترونی کاهش می یابد، در حالی که گاز الکترونی باید به طور مداوم توسط گاز یون که خودش گرم می شود، انرژی دریافت کند، حداقل در بازه زمانی که به ما دسترسی داریم.

توضیح: چه سرعت گرمایی در گاز الکترونی که به 3 کیلو الکترون ولت (35 میلیون درجه) رسانده شده است.

فرض کنیم که ما موفق شویم 18 میلیون آمپر را در یک کابل پلاسمایی با قطر 1.5 میلی متر فرستاده شود. چه مقداری از میدان مغناطیسی در تماس با پلاسمایی و مقدار مربوط به فشار مغناطیسی است؟ (با فرضیه ای که ما را به عنوان یک رسانای بی نهایت در نظر می گیرد، البته)

16 ژوئن 2006: **در فرانسه، یک ایده جالب. **

در یک موضوع دیگر مربوط به ماشین های مغناطیسی، مبتنی بر ماشین های روسی سال 1950، ما اصل ماشین MK-1 را دیده ایم. سپس افرادی با لاینر های غیر استوانه ای، بلکه مخروطی، آزمایش کردند. ما یک "اثر بار گذاری خالی" به دست می آوریم. جرم لاینر در جمع شدن روی محور باعث ایجاد یک میله سریع پرتاب می شود. من فکر می کنم که سرعت های 80 کیلومتر بر ثانیه به دست آمده است. می تواند بررسی شود. هر چند، همانطور که من از Violent یادآوری کردم، می توانیم ماشین های Z با لاینر های سیمی غیر استوانه ای، بلکه مخروطی را در نظر بگیریم. می توانیم امیدوار باشیم که به همان شکل یک اثر بار گذاری خالی به دست آوریم. می توان چندین پیکربندی را تصور کرد. MHD زمینه ای است که راه حل های خیالی تر را در بر می گیرد. در زیر یک نصب با دو مخروط با پایه مشترک است. اگر دو میله پلاسمایی تشکیل شوند و وارد برخورد شوند، ممکن است دمای بالاتری به دست آوریم، حتی با یک ماشینی مانند Gramat.

ما نمی توانیم دیگر چیزی کرد جز این نقشه. می توان این امر را شبیه سازی کرد و، البته، آزمایش ها.

یک ایده دیگر نیز ظاهر می شود: لاینر را روی یک دو مخروط حرکت دهید. این ایده جدید نیست. این نقشه، مربوط به یک لاینر پیوسته است:

**کافی است که با یک لاینر سیمی این کار را انجام دهید. ** ---

**16 ژوئیه 2006. چقدر مقدار هال بی = وی تیی است؟ برای یون ها؟ **

هاینز در مقاله خود می گوید که این عدد بیشتر از 1 است. این پارامتر نسبت گیروفرکانس به فرکانس برخورد است. بر اساس هاینز، این فرکانس برخورد یونی به طور کلی یک فرکانس برخورد یون-یون است. معکوس آن، زمان اصلاح tii است که به عنوان 37 پیکو ثانیه داده شده است. این به فرکانس برخورد می دهد:

nii = 3 1010

فرکانس گیرو:

این به مقدار bi = 0,258 Z برای پارامتر هال یون ها می دهد، Z بار یونی است (حداکثر 26 اگر یون کاملاً بدون بار باشد). بنابراین، همانطور که هاینز می گوید، پارامتر هال بیشتر از 1 است. کار زیادی برای نظریه پردازان ما وجود دارد.

یک داده اضافی (منبع: http://www.sandia.gov/pulsedpower/prog_cap/pub_papers/023862p.pdf)

پروفیل مشخص از جریان در ماشین Z:

کوتاه بودن این افزایش جریان (100 نانو ثانیه) باعث این نتایج بر روی ماشین ساندیا شد. به طور واقعی، این تبخیر سیم ها سریعتر از پیش بود. بنابراین، این ساختار "لاینر سیمی" می تواند طی این فروپاشی حفظ شود، با حفظ تقارن محوری، که به محض تبدیل شدن به یک دیواره پلاسمایی و به دلیل ناپایداری های MHD، به سرعت ناپدید می شود. وقتی می خواهید یک لاینر ساخته شده از یک استوانه فلزی را فرو کنید، تقریباً همان چیزی را می بینید که اگر سعی کنید یک استوانه کاغذی را در دست خود فرو کنید. من فکر می کنم که فرانسوی ها ( ماشین سفینه، مقاله ای که در سال 21006 در کنفرانس تومسک، سیبری ارائه شد، زمان کمینه افزایش: 800 نانو ثانیه) به خوبی متوجه این امر نبودند که این جنبه از چیزها حیاتی است، چیزی که من فوراً از Yonas از طریق ایمیل گفته بودم در سال 2006.

17 فوریه 2008: یک توضیح در مورد واکنش های پارازیتی مربوط به فرمول B11 + H1

بور 5 بار الکتریکی دارد، هیدروژن یکی. کربن 6 و نیتروژن 7.

سرد کردن پلاسمایی به وسیله اشعه گاما انجام می شود. قدرت انتشار به توان دوم بار الکتریکی متناسب است. قدرت انتشار اشعه ایکس توسط یک الکترون که در اطراف یک اتم بور چرخیده است، 25 برابر بیشتر از قدرت از دست رفته در چرخش اطراف یک اتم هیدروژن (سنگین یا سبک، بار مهم است) است.

B11 + H1 منجر به C11 + n + 2.8 Mev می شود

دوره زندگی کربن C11: 20 دقیقه. می توان 10 ساعت پس از خاموش کردن، بدون خطر، اتاق را باز کرد

B11 + He4 منجر به N11 + n + 157 keV می شود

حفاظت: 20 سانتی متر بور 10 یا 1 متر آب.

رادیواکتیویته القایی در الکترود باریمیوم: 5 میکرو کوری در سال (داده ها: تراکم لرنر)

بر اساس لرنر، در این همجوشی پالسی ما از ناپایداری های MHD استفاده می کنیم. توضیح او از مکانیسم ها این است. جریان الکتریکی "به صورت یک سرماخور" اول به توده های پلاسمایی مشابه "شناورهای یک سرماخور" می رسد. سپس این رشته ها در امتداد محور به یک سیم پلاسمایی می چرخند. این سیم پلاسمایی، به دلیل ناپایداری Kink، به یک سیم تلفن چرخیده شبیه می شود. سپس در این ساختار مشابه "پلاسموئیدهای خود حفاظت شده" ایجاد می شود، نقاط گرمی با حجم کوچک، کمتر از مکعب میکرون. در این پلاسموئیدها میدان مغناطیسی توپولوژی چرخه ای دارد. دوباره چسبندگی در امتداد محور این پلاسموئید-قطره. و سپس، به گفته لرنر، واکنش های همجوشی اتفاق می افتد.

18 مارس 2008: نظریه پس از انتشار یک مقاله در مجله Science et Avenir.

روزنامه نگار دیوید لاروسیری یک مقاله با عنوان "کارهای شگفت آور ماشین Z" را در شماره مارس 2008 مجله ای که کار می کند، Science et Avenirs منتشر کرد. من را تلفن کرد و از من پرسید که چه جایی دیده ام که آزمایش های ساندیا در سال 2005-2006 به جای دو میلیارد درجه، سه میلیارد درجه را فراتر رفته اند. من به مقاله هاینز، 24 فوریه 2006، شکل 3 ارجاع دادم که در آن به طور صریح گفته شده است که دمای یون ها از 230 تا 320 کیلو الکترون ولت افزایش یافته است. با این حال، اگر اشتباهی نباشد، 320 کیلو الکترون ولت به معنای دمای 3.68 میلیارد درجه است.

او در مقاله خود به مسئله امکان همجوشی بور-هیدروژن بدون نوترون پرداخته نمی شود، فقط به تکنیک هولراوم اشاره می کند. در حالت معمول، این پیشرفت در دما بسیار بد در میانه های مرتبط، به طور نزدیک یا دور با پروژه ITER، که ترجیح می دهند این دیدگاه را به صورت سکوت کنند و ماشین Z را به کاربردهای اصلی نظامی محدود کنند. چون اگر روزی مشخص شود که آینده همجوشی از این دمای بالا (یک میلیارد درجه) عبور می کند، فناوری توکامک نمی تواند دنبال کند.

در مقاله خود، لاروسیری چیزهایی را که می تواند از گفتگوهایش با آلکساندر چوواتن، از مرکز فیزیک و فناوری پلاسمای (LPTP) دانشگاه پلی تکنیک، به دست آورده است، گزارش می کند. او این گفتارها را به ما می گوید:

*- نباید به این دمای بالا اهمیت بیشتری داد. این دماها فقط در مدت زمان بسیار کوتاهی وجود دارند و در مناطق ناپایدار قرار دارند. این امر را به همجوشی که نیاز به چگالی بالای ماده، زمان حفظ کافی و انرژی بالا دارد، محدود می کند. *

بر اساس لاروسیری، چوواتن گفته است که یک توضیحی برای ناهمگونی گزارش شده توسط هاینز در ابتدای مقاله اش ارائه داده است. من چیزی که هاینز می گوید را می نویسم:

There has been some difficulty in understanding the radiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1,4] (تاریخچه مراجع اشاره شده: 1997 تا 2002، نشان می دهد که این مشکل یک نوآوری نیست)،* and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and ion temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories have been developped to explain the additional heating, but neither of these have adressed the pressure imbalance. *

من به طور کامل نمی توانم نظر چوواتن را درک کنم. چیز مهم این است که چه چیزی از فرمول بنت گزارش شده است، که ساده این است که فشار پلاسمایی فشار مغناطیسی را تعادل می دهد. این فرمول در مقاله هاینز ارائه شده است و من آن را به طور کامل توضیح داده ام:

هاینز به طور واضح می گوید که برای اینکه پلاسمایی فشرده نشود، باید دمایی حداقل 296 الکترون ولت باشد. این چیزی است که در مقاله 2006 به طور کلی جدید است، که این دمای یونی که توسط این فرمول قبلاً محاسبه شده بود، با استفاده از گسترده شدن خط اندازه گیری شده و تأیید شده است. مقاله هاینز در این زمینه بسیار واضح است.

چیزی که نظر چوواتن اشاره می کند این است که این دمای بالا "می تواند فقط مناطق بسیار کوچک و ناپایدار را جذب کند". به این معنی است که "نقاط گرم" از آزمایش های لرنر، مربوط به پلاسموئیدهای خود حفاظت شده با اندازه میکرومتری. اگر این ایده باشد، به معنایی است که فقط مناطق کوچک حجمی تحت دمای بالا قرار می گیرند. اما باید به یاد داشته باشیم که دمای یک چیز همچنین یک چگالی انرژی است، در جول بر متر مکعب. اگر این دما فقط به بخش کوچکی از پلاسمایی، در حجم و جرم، مربوط می شود، سپس فشار باید از ارزیابی چگالی متوسط انرژی محاسبه شود. و فرمول بنت دیگر برآورده نمی شود.

من فکر می کنم ساده تر است، با توجه به اینکه اندازه گیری دمایی با استفاده از طیف سنجی با فرمول بنت درست همخوانی دارد، نتیجه گیری کنیم که این افزایش دمایی احتمالاً به کل جرم سیم پلاسمایی مربوط می شود و نه به نقاط گرم کوچک.

در مورد امکان همجوشی: ما به طور قطع در این مرحله نیستیم، اگرچه همجوشی D-T در ایالات متحده قابل توجه است. اما قطعاً ماشین های Z مانند ماشین Z مسیری بسیار جالب و جدی را نسبت به راه های دیگری که بسیار سنگین و مشکل دار هستند مانند ITER یا MEGAJOULE ارائه می دهد، و همچنین هزینه آن دو مرتبه کمتر است و انعطاف پذیری بسیار قابل توجهی دارد. متاسفانه دو سال از انتشار مقاله هاینز گذشته است و هیچ واکنشی در فرانسه ایجاد نشده است، مگر اینکه آزمایش های ادامه یافته در ماشین سفینه، که به نظر می رسد در جهت مادی و انسانی به اهمیت مسئله، یعنی همجوشی بدون نوترون، نمی رسد.

16 فوریه 2009: پس از چندین مکالمه با فیزیکدانان پلاسمای گرم و افرادی که روی Z-pinches کار کرده اند، نتایج زیر به دست می آید :

این حوزه ها کمتر شناخته شده اند. با توجه به نظر عمومی، این پلاسمایی بسیار توربولانس هستند، احتمالاً مکانی برای توربولانس های میکرو. به طور واضح، لازم است منشأ انرژی انتشار شده به صورت اشعه ایکس را توضیح دهیم، که چیزی واقعی، اندازه گیری شده است، و 3 تا 5 برابر انرژی کینتیک جمع شده توسط یون های فلزی در طول مسیرشان به محور سیستم است. همانطور که دیده شد، مالکم هاینز به ناپایداری های MHD اشاره می کند، بدون توضیح. سپس کلمه spheromaks مورد استفاده قرار می گیرد، اجزای خود حفاظت شده ای که به دلیل این ناپایداری ایجاد می شوند و شامل بستن خطوط میدان مغناطیسی به خودشان، با یک هندسه توپولوژیکی است. ابعاد این اشیاء: حدسی. افرادی مانند لرنر (آزمایش Focus) از کلمه نقاط گرم استفاده می کنند. اندازه گیری های انجام شده، دقت فضایی و زمانی کافی را ندارند تا این پدیده ها را نشان دهند.

هاینز گرمای اثر جول را ارزیابی کرده و نتیجه گرفته که این گرمای کافی نیست تا افزایش دمای اندازه گیری شده را توجیه کند. اما چگونه می توان این انتقال انرژی مرموز بین سیم پلاسمایی و چیزی که اطراف آن است، در جایی که فشار مغناطیسی 90 مگابار است، که مربوط به میدان مغناطیسی 4800 تسلا است، را درک کرد؟ وقتی هاینز گرمای اثر جول را محاسبه می کند، فرض می کند که پلاسمایی همگن است. میدان الکتریکی بارها را در جریان می اندازد. پیشرفت این بارها توسط برخوردهایی که در پلاسمایی می توانند مانع باشند، متوقف می شود. در محاسبه های هاینز، این یون های چندین گونه موجود در پلاسمایی است، و مساحت برخورد آنها با مربع بار الکتریکی افزایش می یابد.

توربولانس باعث می شود که محیط ناهمگن باشد، در مقیاس های مختلف. در مکانیک سیالات، یک گسترش توربولانسی بیشتر از یک گسترش لامینار است. فرض کنید یک نمودار بال به یک هواپیمایی. وقتی توربولانس شروع می شود، مقاومت اصطکاکی در سطح افزایش می یابد. لایه مرزی ضخیم تر می شود. در داخل آن پدیده های گسیل انرژی بیشتری گرما تولید می کند. و همه این امر از طریق پدیده های توربولانس میکرو اتفاق می افتد، که به چشم نمی رسد.

یک تشبیه وقتی به پلاسمایی فکر می کنیم. جریان الکتریکی، که در ارزیابی های هاینز به صورت همگن فرض می شود (یک فرضیه کاری ساده!), دیگر به صورت لامینار نیست. مناطق ناپایداری میکرو MHD به عنوان موانعی برای پیشرفت جریان ایجاد می شوند. افزایش مقاومت اولیه توسط کریستیان نازت گزارش شده است. اما علاوه بر این، تشکیل این spheromaks با توزیع گرمایی چاک در فشار متفاوت همراه است. این ایده لرنر است. در یک پلاسمایی که دمای کلی کمتر از دمای بحرانی همجوشی است و شرایط لایسون در سطح ماکروسکوپی برقرار نیست، این شرایط ممکن است به طور موقت در این اجسام کوچکی که مدت زمان زندگی آنها را به طور اولیه نمی دانیم، وجود داشته باشد.

من یک روز کامل در یک قایق، سی و چند سال پیش، با فیزیکدان ستاره شناس فریتز زویکی، اختراع کننده مفهوم سوپرنوا در سال 1931، گذراندم. ناگهان به یادم آمد فرضیه "نیمکت های هسته ای" او، spheromaks قبل از حرف، که او را تصور می کرد که در داخل خورشید به دلیل ناپایداری های MHD به وجود می آیند و در طول این گردش دریایی با من گفت.

بازگشت به Z-pinches. باید این انرژی را از کجا بگیریم. ما انرژی مغناطیسی موجود در اطراف سیم پلاسمایی داریم. به یاد داشته باشیم که فشار (در این مورد فشار مغناطیسی) یک چگالی انرژی بر واحد حجم است. اگر این انرژی به سیم پلاسمایی منتقل شود، این انرژی الکترومغناطیسی محیطی به دلیل آن کم می شود. نباید در اینجا هیچ "ماجیک" دید. ناپایداری های میکرو که در پلاسمایی به وجود می آیند، مقاومت را افزایش می دهند، افزایش گسیل انرژی و با کاهش جریان، مقدار میدان مغناطیسی موجود در اطراف سیم را کاهش می دهند. مخزن های ارتباطی.

من به ناپایداری الکتروترمیک (Vélikhov) خوب می دانم. این نوعی توربولانس پلاسمایی دو دمایی است که با نوسانات قابل توجهی در دمای الکترونی مشخص می شود. از یک طرف، با ساختن پلاسمایی به صورت یک لایه چند لایه، با ترکیب مناطق بسیار و کمی یونیزه شده، این امر عملکرد ژنراتورهای MHD را کاهش می دهد. اما از طرف دیگر، نشان می دهد که یک ناپایداری MHD می تواند در مناطق صاف (در اینجا در لایه های صاف) مناطق گرم تر و یونیزه تر ایجاد کند (این پدیده بسیار غیر خطی است). ایده تشکیل نقاط گرم، یک الگوی دیگری از تولید ناپایداری های میکرو را می گوید، این بار در 3D. در چنین پدیده هایی، بسیار غیر خطی، نوسانات دمایی و چگالی می تواند بسیار مهم باشد. این امر ممکن است واکنش های "همجوشی میکرو" را به وجود آورد.

بنابراین، زودتر است که نتیجه گیری کنیم که با سیستم هایی مانند ماشین Z، "خیلی دور از توانایی انجام همجوشی" هستیم. اگر ما فرض کنیم که پلاسمایی همگن است: بله.

به سوال اندازه گیری دمایی برویم. اول، چه چیزی دمایی است؟ در تئوری گازهای کینتیک، این اندازه گیری انرژی کینتیک متوسط برای یک گونه خاص است. یک محیط می تواند از چندین گونه متفاوت تشکیل شود، که هر کدام دمای خود را دارند. این دماها می توانند بسیار متفاوت باشند. در یک لامپ فلورسنت، دمای الکترونی بسیار بالاتر از دمای یون ها و نوترال ها است. ما به این گفته می کنیم "یونیزاسیون غیر گرمایی" (که در آن انرژی توسط میدان الکتریکی که الکترون ها را شتاب می دهد، ارائه می شود. اگر این میدان را قطع کنیم، الکترون ها انرژی خود را از طریق برخوردها از دست می دهند: گاز الکترونی سرد می شود و یونیزاسیون ناپدید می شود.

سپس باید یک فرکانس برخورد الکترون-گاز را محاسبه کنیم. معکوس آن یک زمان اصلاح می شود. به طور واقعی، اگر یک محیط دو دمایی را به خودش بگذاریم، توزیع یکنواخت در سرعت ها به طور متوالی اتفاق می افتد.

تعادل ترمودینامیکی کامل، همگنی تمام دماها به یک مقدار مشترک، و اینکه توزیع سرعت های هر گونه به شکل توزیع مکسول-بولتزمن (منحنی گاوس) می گیرد. پلاسمای ماشین Z در حالت ناهمگن معکوس است، به این معنی که گاز الکترونی سردتر از گاز یونی است. اگر ما به جز این انرژی مربوط به ناپایداری های MHD (توربولانس میکروی پلاسمایی) که باید مدل کنیم، این انرژی را در نظر بگیریم، مقدار انرژی ای که باید در نظر گرفته شود، در حد کینتیک است. نیروی لاپلاس بر روی سیم های استیل ایستنلی در حالی که آنها را به یکدیگر می فرستد، به سرعت 400 کیلومتر بر ثانیه. این نیرو بر روی الکترون ها عمل می کند. جریانی که در سیم ها جریان دارد، الکترونی است، نه یونی. الکترون ها با خود یون ها را می کشند. ما نمی توانیم این جمعیت ها را، مانند زوج هایی که بسیار به هم چسبیده اند، از فاصله ای که بیشتر از فاصله دی‌بای است، جدا کنیم. نتیجه این است که یون ها و الکترون ها در اطراف محور تقارن با سرعت یکسان جمع می شوند. اما انرژی های کینتیک متفاوت هستند. ذرات سبک کمتر انرژی کینتیک دارند.

هاینز سپس زمان های اصلاح مختلفی را ارزیابی می کند، مربوط به انواع مختلف برخوردهای ممکن.

- برخوردهای الکترون-الکترون

- برخوردهای یون-یون

- برخوردهای الکترون-یون

انتقال انرژی بین دو ذره با جرم‌های متفاوت، نسبت جرم ذره سبک‌تر به جرم ذره سنگین‌تر است. درون یک گونه یکسان، این تبادل انرژی ماکزیمم است، زیرا این نسبت برابر با یک است. هاینز زمان رابطه را ۳۷ پیکو ثانیه برآورد کرده است. منحنی‌ها زمان محدودیت پلاسما را در حد چند نانوثانیه (حدود پنج) نشان می‌دهند. نمی‌دانم زمان اندازه‌گیری دما از طریق گسترش خط، چقدر است. باید در مقاله هاینز ذکر شده باشد. اگر زمان ریلکسیون درون یک گونه (الکترون-الکترون یا یون-یون) را مقایسه کنیم، این زمان بیش از یک مرتبه بزرگی بیشتر از زمان ریلکسیون است. این کافی است تا بگوییم گونه‌های یونی قابل توصیف با تابع ماکسول-بولتزمن هستند.

اندازه‌گیری دما از طریق گسترش خط، اثر دوپلر-فیزو را در جهت "خط دید" می‌سنجد، به گونه‌ای که از نظر ستاره‌شناسان، بر حسب توزیع شعاعی است. و این یک روش دیگر برای دور شدن از تعادل ترمودینامیکی است: ناهمسانگردی. اما ممکن است بگویید، آیا یک محیط گازی می‌تواند دمای متفاوتی در زاویه‌های مختلف داشته باشد؟ این دقیقاً همان چیزی است که در پس موج شوک شدید رخ می‌دهد، "ضربه‌ای مانند کوبیدن ماهیچه" که به اتم‌ها یک ضربه اولیه عمود بر جهت موج می‌دهد و سپس به سرعت "ترمودینامیکی" می‌شود، این افزایش سرعت تکانه در کمتر از چند برخورد در همه جهات توزیع می‌شود. در اینجا نیز می‌توان زمان ریلکسیون را در نظر گرفت. به نظر من، این ناهمسانگردی باید ناچیز باشد. اما دوباره، هر نتیجه‌گیری بر پایه فرضیات در مورد طبیعت محیط مورد مطالعه در مقیاس میکروسکوپی است. علاوه بر این، میدان مغناطیسی و نوسانات محلی و زمانی آن را نیز در نظر می‌گیرد، سلامت!

چه قابلیت اطمینانی می‌توان به اندازه‌گیری دما از طریق گسترش خط داد؟ آیا ما فقط دمای یک زیرمجموعه را اندازه‌گیری می‌کنیم: آن... نقاط گرم؟ می‌دانیم که توان انتشار شعاعی بر اساس قانون استفان افزایش می‌یابد، که به صورت توان چهارم دمای منبع است. معضل.

در اینجا باید به معادله بنیت مراجعه کرد، عدم انفجار کابل پلاسما. شعاع آن از یک حداقل عبور می‌کند. در همان لحظه فشار یونی باید فشار مغناطیسی را تعادل دهد، که برای دمای ۳۰۰ کیلو الکترون ولت حاکم است. یک قارچ فشاری بگیرید. ما یک مقدار فشار دریافت می‌کنیم، با ادغام تعداد بسیار زیادی برخورد ذرات با سطح آن. در اینجا دیگر صحبت از قانون استفان نیست. فشار در یک مخلوط جمع فشارهای جزئی است. و فشار همچنین چگالی انرژی بر واحد حجم است. اگر معادله بنیت ما ۳۰۰ کیلو الکترون ولت بدهد، این مقدار میانگین انرژی ذرات را نشان می‌دهد. و این مقدار بیش از سه میلیارد درجه کلوین است، چه نقاط گرم باشند یا نه.

می‌دانم که همه اینها کمی گیج‌کننده است. مثال لامپ فلورسنت را بگیرید. گاز سرد، الکترون‌های داغ. اندازه‌گیری دما را با طیف‌سنجی انجام دهید (در یک لامپ فلورسنت نور از گاز منتشر نمی‌شود، بلکه از لایه فلورسنت که داخل پوسته قرار دارد منتشر می‌شود). انتشار گاز در محدوده ماوراء بنفش است. آیا نتیجه می‌گیریم که این گاز ۱۰٫۰۰۰ درجه است؟ خیر، دما الکترون‌هاست. اگر معادله بنیت وجود نداشت، ممکن بود به این فکر بیفتیم که اندازه‌گیری دما از طریق گسترش خط سوژه است.

همه اینها ما را به این نتیجه می‌رساند که بسیاری از جنبه‌های باید بررسی شوند. من (صدا در بیابان) پیشنهاد کرده‌ام که یک پروژه اروپایی Z-pinch را تدوین کنند. اگر LMJ نتایج مورد انتظار را ارائه ندهد، باید به سرعت به چیزی دیگر، به ویژه کم‌هزینه‌تر، روی آوریم.

یک نکته پایانی.

وقتی در کنفرانس قدرت بالای پالسی در ویلنیوس، لیتوانی، سپتامبر ۲۰۰۸ (که سه مقاله ارائه کرده بودم، به http://www.mhdprospects.com مراجعه کنید) بودم، بلافاصله روز اول با آمریکایی‌ها متزن و ماک کی دست به دست شدم، که اولی مسئول عملیات ZR در ساندیا و دومی همراه او بود. من خیلی تعجب کردم که آنها بلافاصله لبخند زدند وقتی از ZR پرسیدم و فوراً گفتند:

• «مقاله هاینز سال ۲۰۰۶؟ اشتباه کرده، دماها حداقل یک مرتبه بزرگی پایین‌تر بود!»
• «اما این گسترش قوی خطوط طیفی وجود دارد...»
• «یک اسرائیلی به نام یتزیاک مارون، همه اینها را بازبینی کرده و نتیجه گرفته که هاینز این طیف‌ها را اشتباه تفسیر کرده است.»
• «آیا این منتشر شده؟»
• «نه، انجام ندادیم، چون نمی‌خواستیم به مالکوم خوب اذیت کنیم...»

شب آن روز، وقتی تأکید کردم، ماک کی پیش یک کنسول نشست و گفت:

• «من به مارون ایمیل می‌فرستم، در حضور شما، و فردا جواب او را خواهیم داشت.»

روز بعد، مارون را دیدم:

• «خب، چه توضیحاتی از مارون داشتی؟»
• «هممم... ترجیح می‌دهیم که در حال حاضر این موضوع را منتشر نکنیم؛»
• «اما حداقل به من اجازه بدهید ایمیل او را بخوانم...»
• «این که... او به صورت تلفنی پاسخ داد.» (....)

پس از آن توضیحات مبهم و کم‌باور بودند.

دو روز بعد، متزن در سخنرانی خود پیشرفت ZR را با تمرکز بر جنبه‌های فنی بزرگ و با تصاویر زیبا ارائه داد. در آن لحظه یادم گرفتم که آزمایش‌های به دست آوردن یخ VII با فشرده‌سازی انفجاری، نه با فشرده‌سازی انفجاری، بلکه با فشرده‌سازی انفجاری انجام شده است، با طرح آزمایشی دیگری که جریان مانند یک "پارچه" بسته می‌شود، یعنی جریان از یک ستون محوری ضخیم وارد می‌شود و از طریق یک لاینر سیمی بازگشت می‌یابد، که در آن نقطه محیط فشرده‌سازی قرار دارد، در بیرون. هیچ رابطه‌ای با آزمایش‌های قبلی ندارد. در پایان سخنرانی من میکروفون را گرفتم و گفتم:

• «ما در روزهای اخیر بحثی داشتیم که شما تحلیل هاینز را در مورد اندازه‌گیری دما بر روی ماشین Z، با طیف‌سنجی و منتشر شده در سال ۲۰۰۶ در Physical Review D، به چالش کشیدید. طبق نظر شما، دمای یون‌ها حداقل یک مرتبه بزرگی پایین‌تر بود. شما به من گفتید که یتزیاک مارون، از مؤسسه ویسمان در تل‌آویو، به این نتیجه رسیده است. از آنجا که این موضوع مهم است، لطفاً ما را روشن کنید؟»

متزن:

• «هممم... این سوال خوبی است»

سپس یک دقیقه سکوت، که توسط رئیس جلسه شکسته شد.

پس از بازگشت به بروکسل، ایمیلی به مارون، اسرائیلی فرستادم، که پاسخ مبهمی داد و به سؤالات من پاسخ نداد، در حالی که بیشترین تحسین را برای هاینز گفت. به من گفت که در روزهای آینده به ساندیا می‌پیوندد.

دوباره ایمیلی به ژرولد یوناس، مدیر علمی ساندیا فرستادم، که بلافاصله پاسخی بسیار خلاصه داد.

• «بله، برای من هم این یک معمایی است. به متزن خواهم گفت که این موضوع را روشن کند.»

از پایان اکتبر ۲۰۰۸، سکوت کامل.

۱۸ فوریه ۲۰۰۸: درباره همجوشی بدون نوترون

در یک واکنش همجوشی، دو هسته باید به اندازه‌ای نزدیک شوند که واکنش هسته‌ای بتواند رخ دهد. فیزیک هسته‌ای در این مورد مشابه دنیای شیمی است. رادیواکتیویته، طبیعی یا مصنوعی، به سادگی نشان می‌دهد که هسته‌ها ناپایدار هستند. شکافت یک واکنش تجزیه خودبه‌خودی است که منجر به هسته‌های با جرم کمتر از هسته اصلی می‌شود. در تجزیه اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹، محصولات این تجزیه خودبه‌خودی جرمی نزدیک به نصف جرم هسته اولیه دارند.

نوترن منتشر می‌شود که می‌تواند با برخورد به هسته‌های دیگر اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹، شکافت‌های جدید، شکافت‌های القایی توسط برخورد را ایجاد کند. می‌توان به آن یک "شکافت خودکار" اشاره کرد. هسته‌ها دارای یک "سطح موثر جذب" هستند. با شناخت این سطح، می‌توان جرم بحرانی را محاسبه کرد. این جرم یک کره است که شعاع آن تقریباً برابر با میانگین مسافت آزاد نوترن در مقابل برخورد با هسته‌های فشرده‌شونده است.

این جرم بحرانی را می‌توان با افزایش چگالی هسته‌ها، با فشرده‌سازی که در بمب‌ها توسط یک منفجره شیمیایی انجام می‌شود، کاهش داد.

فرض کنید یک گاز در دمای مطلق T. اگر این محیط بسیار برخوردی باشد (بنابراین محیط در وضعیت بسیار نزدیک به تعادل ترمودینامیکی با آمار ماکسول-بولتزمن است)، مقدار متوسط سرعت تکانه گرمایی این عناصر با فرمول زیر داده می‌شود. چند نقاشی و فرمول به درک ساده‌ای از مفهوم "سطح موثر برخورد" (که منجر به واکنش هسته‌ای می‌شود) و فرکانس برخورد (واکنش هسته‌ای مورد نظر) کمک می‌کند. در اینجا سرعت یون‌ها با جرم m به مقدار متوسط کاهش داده می‌شود. فرض می‌کنیم هرچه در طول "شبکه" تشکیل شده توسط سطح موثر برش داده شود، احتمال واکنش برابر با یک است، و برای آنچه خارج از آن قرار دارد، احتمال صفر است.

**فرکانس برخورد، زمان مشخصه واکنش **(همجوشی)

اما کافی نیست که فرکانس برخورد به اندازه کافی باشد و زمان مشخصه واکنش کمتر از زمان محدودیت باشد. باید دمای یون‌ها به اندازه کافی بالا باشد تا این یون‌ها، که با سرعتی مرکزی در مقدار متوسط حرکت می‌کنند، بتوانند سیلول کولن را که مانع نزدیک شدن دو یون باردار مثبت است، پشت سر بگذارند. این منجر به دمایی بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیون درجه برای مخلوط دوتریوم-تریتیوم D-T می‌شود، که فیزیکدانان اغلب آن را به کیلو الکترون ولت (keV) برحسب فرمول زیر ارزیابی می‌کنند:

eV = kT

e بار الکتریکی الکترون است، ۱٫۶ × ۱۰⁻¹⁹ کولن

k ثابت بولتزمن = ۱٫۳۸ × ۱۰⁻²³

بنابراین یک الکترون ولت معادل (e/k) درجه کلوین است، یعنی ۱۱٫۶۰۰ °K

از آنجا که ما با مرتبه‌های بزرگی کار می‌کنیم، یک eV را به دمای ۱۰٫۰۰۰ درجه کلوین تشبیه می‌کنیم. بنابراین این دمای یونی باید بین ۱۰ تا ۲۰ keV قرار داشته باشد.

برای اینکه واکنش‌های همجوشی شروع شوند، باید شرایط لائوسون https://fr.wikipedia.org/wiki/Crit%C3%A8re_de_Lawson برقرار باشد.

این تابع L به دمای پلاسما بستگی دارد. سطح موثر Q(V) به سرعت نسبی هسته‌ها و در نتیجه به سرعت متوسط ، یعنی به دمای یون‌ها بستگی دارد.

منحنی لائوسون

واکنش دوتریوم-تریتیوم نوترون‌زای است. ما از واکنش‌هایی که اینگونه نیستند، از زمان‌های دور آشنا هستیم. به همجوشی بدون نوترون مراجعه کنید.

تنها تعداد محدودی از واکنش‌های همجوشی بدون انتشار نوترون رخ می‌دهند. این‌ها بیشترین سطح موثر را دارند:

2D + 3He → 4He (3,6 MeV) + p+ (14,7 MeV)

2D + 6Li → 2 4He + 22,4 MeV

p+ + 6Li → 4He (1,7 MeV) + 3He (2,3 MeV)

3He + 6Li → 2 4He + p+ + 16,9 MeV

3He + 3He → 4He + 2 p+ + 12,86 MeV

p+ + 7Li → 2 4He + 17,2 MeV

p+ + 11B → 3 4He + 8,7 MeV

دو واکنش اول از دوتریوم به عنوان سوخت استفاده می‌کنند، اما برخی واکنش‌های ثانویه 2D-2D کمی نوترون تولید می‌کنند. اگرچه بخشی از انرژی حمل شده توسط نوترون‌ها می‌تواند با انتخاب پارامترهای واکنش محدود شود، این بخش احتمالاً همچنان بالاتر از سقف ۱٪ خواهد بود. بنابراین، دشوار است که این واکنش‌ها را بدون نوترون در نظر بگیریم.

تلاش‌ها بر روی آخرین واکنش متمرکز شده‌اند. اگر واکنش ذکر شده نوترون تولید نکند، واکنش‌های ثانویه نوترون‌زای هستند. اگر به زمان‌های ریلکسیون محاسبه شده توسط هاینز توجه کنیم، و اگر اختلاف دمای ۱۰۰ برابری بین گاز الکترون و گاز یون وجود داشته باشد (که در این حالت "خارج از تعادل معکوس" بود، یون‌ها داغ‌تر بودند)، می‌توان همچنان فرض کرد که جمعیت یونی در وضعیتی نزدیک به تعادل ترمودینامیکی حول دمای خود قرار دارد، که یک پلاسما گرم است. در این صورت واکنش‌های نوترون‌زای زیر رخ می‌دهند:

11B + alpha → 14N + n0 + 157 keV (اکزو-انرژتیک)

11B + p+ → 11C + n0 - 2,8 MeV (اکزو-انرژتیک)

این ایزوتوپ کربن نیم‌عمر ۲۰ دقیقه دارد.

برخی انرژی تولید شده توسط این واکنش‌ها را به ۰٫۱٪ کل تخمین زده‌اند.

همچنین واکنشی وجود دارد که فوتون‌های گاما تولید می‌کند:

11B + p+ → 12C + n0 + γ 16 MeV

این واکنش فقط احتمال ۱۰⁻⁴ نسبت به واکنش تولید کننده آلفا دارد.

در نهایت، واکنش‌های نوترون‌زای بور-دوتریوم یا دوتریوم-دوتریوم وجود دارند:

11B + 2D → 12C + n0 + 13,7 MeV

2D + 2D → 3He + n0 + 3,27 MeV

که می‌توان آنها را با استفاده از سوختی با خالصی ایزوتوپیک بالا حذف کرد.

مواد اصلی محافظ، آب برای کند کردن نوترون‌های سریع، بور برای جذب آنها و فلز برای جذب تابش ایکس با ضخامت کلی حدود یک متر است.

دمای لازم برای شروع واکنش‌های بور-هیدروژن ده برابر دمای مخلوط دوتریوم-تریتیوم است. علاوه بر این، سؤال بهینه‌سازی واکنش وجود دارد. برای این مخلوط آخر، این به حدود ۶۶ keV (۷۳۰ میلیون درجه) می‌رسد. دمای بور-هیدروژن ما را به ۶۰۰ keV (۶ میلیارد درجه) می‌برد. با این حال، دیدیم که دستیابی به دماهای بسیار بالا با استفاده از ماشین Z ممکن است، با توجه به اینکه دمای حداکثر دست یافته به صورت مربع شدت جریان افزایش می‌یابد. بر اساس این منطق، دمایی که ZR می‌تواند به آن برسد، ۹ میلیارد درجه خواهد بود.

هیچ اطلاعاتی درباره عملکرد ماشین پس از ورود به کار موجود نیست

در این مرحله باید از پیش‌روی بیش از حد، در هر جهت، خودداری کرد. پلاسما گرم ماشین Z شبیه پلاسما تکامک نیست. به این اضافه، این فرضیه "نقاط گرم" هنوز هیچ توصیف نظریه‌ای ندارد. نظر شخصی من این است که به جای بحث بی‌پایان، بهتر است به طبیعت گوش داد، یعنی آزمایش کرد. توضیحاتی که هزینه ماشین Z دو مرتبه بزرگی کمتر از یک لیویاتان همجوشی مانند ITER است. علاوه بر این، این دستگاه انعطاف‌پذیری دارد که این آخرین ندارد. اوایل سال ۲۰۰۸ با ادوارد دو پیری، جوان نورمالیان و مشاور علمی والریا پکرس، در وزارت تحقیقات و صنعت ملاقات کردم. وقتی با او ملاقات کردم، به طور مستقیم اعتراف کرد که زمان لازم برای مطالعه گزارش، هرچند خلاصه و روشن، که به او فرستاده بودم، نداشته است. به او کپی نامه‌ای را دادم که اسمیرنف پیشنهاد داده بود برای ارسال، با شرط داشتن نام گیرنده. بنابراین از دو پیری خواستم که از سرپرست خود بپرسد که آیا او مایل است نام خود را به عنوان گیرنده در این نامه قرار دهد.

این اقدام بدون پاسخ باقی ماند. همین کار برای درخواست حمایت از شرکتم در کنفرانس بین‌المللی ویلنیوس، لیتوانی، در مورد قدرت‌های پالسی، که نهایتاً باید در سپتامبر ۲۰۰۸ به هزینه خودم برم.

توجه داشته باشید که رویکرد Z-pinches در فهرست مسیر اخیراً منتشر شده توسط وزیر حضور ندارد. من به خواننده واگذار می‌کنم که فرضیات خود را درباره شکست تلاش‌هایم بیان کند.

فکر می‌کنم اروپایی‌ها باید به سرعت گروهی تحقیقاتی تشکیل دهند و با روس‌ها، که در این زمینه ماهیر هستند، همکاری نزدیک داشته باشند. مناسب و حتی ضروری است که کمی پول به حساب بگذارند و یک ماشین با هدف مدنی، قابل دسترس برای همه را در یک کشور "بی‌طرف" (در جهت فنی-علمی) نصب کنند. ماشین Z فرانسه، دستگاه اسفنکس، که در گرامات، لوت قرار دارد، بهبودی ندارد. با زمان‌های تخلیه ۸۰۰ نانوثانیه، این ماشین خیلی کند است. فکر می‌کنم این امر اشتباه بزرگی است که این پروژه را تحت نظارت امنیت ملی قرار دهیم، به دلایل مختلف. البته، با چنین رویکردی، ظهور بمب‌های همجوشی خالص "غیرممکن" نخواهد بود. روس‌ها در کنترل قدرت‌های پالسی، زمانی که انرژی اولیه یک منفجره است، ماهر شده‌اند. به طور دوره‌ای، غربی‌ها با تعجب، گاهی اوقات، ایده‌های جدیدی را که فراتر از اورال به وجود آمده‌اند، کشف می‌کنند، که به طور کامل شرایط را تغییر می‌دهند، مانند ژنراتورهای دیسک.

تولید جریان‌های بسیار قوی با فشرده‌سازی یک حفره با استفاده از منفجره انجام می‌شود که در آن یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد شده است. اما منفجره‌های شیمیایی سرعت‌های فشرده‌سازی محدودی را ایجاد می‌کنند. اگر اندازه مشخصه حفره را بر این سرعت تقسیم کنیم، به زمان‌هایی می‌رسیم که به ندرت زیر چند میکروثانیه قرار دارند. این بسیار کند است برای فرمولی که از ماشین Z الهام گرفته شده است، که در آن این زمان نباید بیشتر از ۱۰۰ نانوثانیه باشد. در یک سیستم معمولی، قدرت تخلیه با حجم حفره افزایش می‌یابد. روس‌ها مشکل را با دادن به آن شکلی شبیه یک ... کیسه هوا حل کرده‌اند. تصور کنید یک کیسه هوا که بیرون آن در یک منفجره فرو رفته، مستقیماً در اطراف اتاق خود قرار دارد. حجم کل می‌تواند بزرگ باشد، در حالی که ضخامت فشرده شونده در هر یک از این سلول‌ها کم است. این جنبه در نسخه انگلیسی ویکی‌پدیا ذکر شده است.

نیروهای نظامی بسیار نگران جنبه‌های "پراکنده" این فناوری هستند، که در آن آغاز واکنش‌های همجوشی دیگر از مرحله سنگین فناوری غنی‌سازی ایزوتوپی عبور نمی‌کند. اما چه کاری می‌توان کرد؟ هیچ کاری؟ سیاره ما در حاشیه فروپاشی است، به دلیل کمبود منابع انرژی. بگویید به چینی‌ها و هندی‌ها که باید اقتصاد کنند!

انتخاب سیاسی است، در مقیاس جهانی. یک نکته دیگر درباره ITER و مگاژول:

گیلز دو ژان، قبل از مرگش، یکی از آنهایی بود که به موارد متعددی اشاره کرد که پروژه ITER را مشکل‌دار می‌کند، مگر اینکه آن را به عنوان یک برنامه اجتماعی یا راهی برای هزاران دانشمند، مهندس و فنی‌کار، در یکی از زیباترین مناطق جهان، بهترین موقعیت، برای گذراندن تمام عمرشان ببینیم. دو ژان بسیار شکاک بود که آیتم سوپراکونداکتوری ITER، که در نزدیک‌ترین نقطه به تور پلاسما قرار دارد، بتواند به طولانی مدت به حمله شدید نوترونی مقاومت کند. او اشاره کرد که هیچ مطالعه پیش‌بینی‌ای در این زمینه انجام نشده است، که با توجه به مقیاس ماکت‌ها در جریان نوترونی بسیار آسان بود. اما نتیجه ممکن بود این باشد که ساخت این کلیسا واقعی برای مهندسان فوراً متوقف شود.

نقطه دوم: پلاسماهای همجوشی برخوردی هستند، یعنی پلاسماهای گرم، نزدیک به تعادل ترمودینامیکی. بنابراین توزیع سرعت یون‌ها نوع ماکسول-بولتزمن است، با دنباله توزیع بولتزمن که پر از یون‌های سریع است:

یون‌های سریع در دنباله توزیع بولتزمن

این یون‌ها حتماً مانع میدان مغناطیسی را عبور خواهند کرد. با برخورد به دیوار و اشیاء مختلف تشکیل‌دهنده محیط، اتم‌های سنگین را جدا خواهند کرد.

آلودگی پلاسما در یک تکامک، ناشی از جدا شدن یون‌های سنگین از دیوار

این اتم‌ها، به محض یونی شدن و به بار Z دست یافتن، علاوه بر اثرات گرادیان فشار مغناطیسی، به هسته مرکزی پلاسما با آلودگی آن باز خواهند گشت. در حالی که از تلفات تابشی ناشی از تعامل بین الکترون‌های پلاسما و یون‌ها (تابش کاهشی یا Bremstrahlung) به صورت مربع بار الکتریکی یون‌ها Z افزایش می‌یابد.

**تلفات تابشی ناشی از تعامل الکترون-یون **(تابش کاهشی)

هیچ کس راهی برای جلوگیری از آلودگی پلاسما با این یون‌های سنگین یا تمیز کردن آن نمی‌بیند. افزایش تلفات تابشی دمای را کاهش می‌دهد و دیگه بخار ماشین سده سوم خفه خواهد شد. وقتی این سؤال را در جلسات عمومی با افراد ITER مطرح کردم، تنها واکنش آنها این بود:

• «این یک سؤال خوب است...»

اگر بپرسیم که آیا ماشین ITER می‌تواند واکنش‌های همجوشی را با نرخ مهم و پایدار انجام دهد، ممکن است پاسخ مثبت باشد، در مقیاس زمانی کوتاه. اما اگر سؤال این باشد که «آیا نوع ماشینی که در نهایت به یک راکتور عملیاتی منجر شود و مشکلات انرژی بشریت را حل کند؟»، به نظر من پاسخ باید منفی باشد.

یک نکته دیگر درباره همجوشی پالسی: این نوع همجوشی برای تبدیل مستقیم مناسب است. پلاسما در حال گسترش است. اگر این اتفاق در یک میدان مغناطیسی رخ دهد، به دلیل عدد رینولدز مغناطیسی بسیار بالا، "فشار جریان" وجود خواهد داشت و جریان القایی ایجاد می‌شود. بازده: ۷۰٪. بدون قطعات متحرک. چرا زمان خود را با یک مبدل حرارتی، توربین بخار سخت کنیم؟ چرا یک چرخ پروانه نداشته باشیم؟ من به "دو زمان همجوشی" ایمان دارم. راه‌حل‌های دیگری برای این همجوشی پالسی وجود دارد. ما فقط سطحی از موضوع را لمس کردیم.

در طبیعت سیستم‌هایی وجود دارند که فرآیند همجوشی پالسی را انجام می‌دهند. آنها کوارک‌ها هستند. فکر نمی‌کنم انرژی از "افزایش به یک سیاهچاله بزرگ" بیاید. نوسانات مشترک متریک دو جهان دوقلو باعث ایجاد موج شوک متمرکز در گاز بین‌ستاره‌ای یک کهکشان می‌شود. من قبلاً این موضوع را در کتاب "ما نصف جهان را از دست دادیم"، منتشر شده در سال ۱۹۹۷ توسط آلبن میشل، توصیف کرده‌ام. بازخورد رسانه‌ای صفر بود. گاز در طول عبور فشرده و ناپایدار می‌شود. ستاره‌های جوان تشکیل می‌شوند که با تابش ماوراء بنفش، این گاز بین‌ستاره‌ای را یونیزه می‌کنند. عدد رینولدز مغناطیسی افزایش می‌یابد و موج گازی سپس خطوط میدان کهکشان را (frozen in) به همراه می‌برد، مانند کشاورزی که چوب‌های گندم را فشرده می‌کند. این فروپاشی با یک توپ کوچک پلاسما در مقیاس کهکشان به پایان می‌رسد، اما شرایط لائوسون در جرم و نه در مرکز، مانند یک ستاره، برقرار است. بنابراین این اجرام "همان اندازه ستاره‌ها، اما به اندازه کهکشان تابش می‌کنند". پلاسما سپس در دو لوب، در جهت میدان مغناطیسی دوقطبی، پرتاب می‌شود. گرادیان میدان مغناطیسی ذرات باردار را در فاصله صدها هزار سال نوری شتاب می‌دهد. به این ترتیب "پرتوهای کیهانی" در این شتاب‌دهنده‌های طبیعی بزرگ تشکیل می‌شوند.

وقتی نوسانات مشترک متریک منجر به ضعیف شدن محدودیت می‌شود، کهکشان .. منفجر می‌شود. اینها "کهکشان‌های نامنظم" هستند، درباره‌ای که ستاره‌شناس مشهور انگلیسی جیمز جینز (کشف کننده ناپایداری به نام خود و معادله‌ای که آن را توصیف می‌کند) گفت:

• «فرم‌های گاهی اوقات بسیار فشرده و پیچیده برخی کهکشان‌ها نشان می‌دهد که آنها مکان نیروهای عظیم هستند، که ما از آنها بی‌اطلاعیم.»

در مورد نصب LMJ (لیزر مگاژول)، هرگز در جای دیگری، جز بازگویی تکراری («خورشید در یک آزمایشگاه»، «حوزه تحقیق برای ستاره‌شناسان») اشاره نشده است که این ابزار کاری برای مهندسان نظامی در تلاش برای حل مشکل نیاز به انرژی زمین است.

بازگشت به راهنمای بازگشت به صفحه اصلی