תזה של מתיאס באווי על המכונה Z הצרפתית
המכונה Z הצרפתית
תזה של מתיאס באווי
המסמך הופץ לינק ב-17 ביוני 2006
תזה זו, עשירת תיעוד, ניתן למצוא ב:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
כותרת:
כיווץ זרם מגנטי במצב תת-מיקרו-שניות ליצירת לחצים גבוהים וקרינה רנטגן
הוגשה ב-8 ביולי 2002 ב-CEG (המרכז הצבאי להערכות גרמאט, לוט).
המגניט של גרמאט (ראו תמונות לעיל) מאפשר לספק פולסים של זרם של 2.5 מיליון אמפר, למשך 800 ננושניות.
מגניט חשמלי ECF של גרמאט
מבט מקרוב מראה את הקוטר של המתקן, כ-20 מטרים (בנוסף ל-33 מטרים של המכונה Z של סנדיה).
מבט מקרוב
חלק מרכזי של מתקן ECF גרמאט
ההתקנה שהומצאה על ידי באווי, נבדקה בגרמאט והתקנת סנדיה, היא מאוד מקורית. הסובייטים המציאו מערכות של כיווץ זרם, בהן חומר מונע מתרסק על "מגש" המורכב ממתכת מוליכה, copper או אלומיניום. המגש הזה מתפוצץ פנימה, מכווץ שדה מגנטי שקיים בתוכו, שמאופיין מראש באמצעות פליטה חשמלית בסילינדר באמצעות סט של קבלים. הרעיון שפותח בתזה של באווי הוא להשתמש במגש חוטים, כ"פיסוק", ולחליפת הלחץ החיצוני, שמקורו כימי במכונות משלב מגנטי, להשתמש ב"לחץ מגנטי". אנו מוצאים כאן שתי רעיונות:
- להשתמש במגש קל יותר, עם אינרציה נמוכה - להבטיח שהאנרגיה תועבר לגמרי למגש, כאשר "הגז המגנטי" יש לו "אינרציה אפס".
כך אנו מגיעים למכונת כיווץ דו-שלבית, עם ... שני מגשים, אחד גדול ואחד קטן. זהו בגדול מה שנוכל להשיג עם מתקן הפלזמה של סחרוב, אם נסגר את המתקן!
מתקן הפלזמה של סחרוב, מודרך
אנו חוזרים לתרשים המקורי. פליטה חשמלית יוצרת שדה מגנטי ב"כפפה" A. לאחר מכן, הפגז מופעל בצד השמאלי, גורם להתרחבות של המגש של copper.
המגש של copper סגור את הכפפה, סגור את השדה המגנטי, ש"מתכווץ", מנסה להדיח את טבעת האלומיניום במרחב בין "המתקן" של copper לבין המגש המרכזי, מלא בפגז. אך בהתקנה החדשה נמנע מההדחה של הטבעת, שתקוף במהירות את קצה הסגור של המתקן, יוצרת לחצים גבוהים. כמובן, נוצר ריק בין הטבעת של copper לבין הסגור בצד ימין, בצבע אפור. הטבעת של האלומיניום מציינת את תפקידו של מגש שני, שכן היא מתפוצצת במעבר, הופכת לפלזמה. גם המגש המרכזי עובר שינוי פלסטי.
נחזור לתזה של באווי. נזהה את אלמנטים של ההתקנה לעיל, מותאמים בצורה שונה. כפי שאמרנו, שני המגשים הם "בחד-חוטים" ויהפכו לפלזמה. יש ליצור לחץ מגנטי מסוים בתוך המתקן A לפני שהוא נסגר. נשאר להחליפ את אלמנט הלחץ, הגז שנוצר מהפיצוץ, בלחץ מגנטי. כך אנו מקבלים את זה:
התקנה בתזה של מתיאס באווי
כדי להבין טוב יותר אולי יש לסדר את שני השלבים המופיעים כאן בתרשים אחד. הנה תחילה ההתקנה של באווי במצב התחלה:
התקנה של מתיאס באווי במצב התחלה
יש שתי פליטות חשמליות, אחת מוצגת באדום, "הפליטה הראשונית", והשנייה באדום, "הפליטה המשנית". שתי הפליטות יוצרות שדה מגנטי בתוך שתי חללים צילינדריים, בעלי גאומטריה טורואידלית. ניתן להבחין במגש צילינדרי, שבעצם מורכב מקבוצה ראשונה של חוטים. בתזה של באווי מוסבר שכאשר חוטים אלו נושאים זרם חשמלי חזק הם לא מתפוצצים לפלזמה באופן מיידי. במקביל, הם מציינים זמן חיים ארוך, שיכול להגיע ל-80% מהזמן שיקח ל"שכבה של חוטים" להתקדם רדיאלית ולחבור לציר. זהו הסוד של שימור הסימטריה צילינדרית במעבדה של סנדיה. כאשר הרכיב הזה מתפוצץ, זה לא קבוצה של חוטים מונחים צידה לצד, ולא שכבת פלזמה, אלא "מערכת של שניהם". זה הופסק תיאורטית על ידי מלקולם היינס, שקרא לזה "יצירת קליפה":
יצירת "הקליפה"
למעלה – החוטים מעט לאחר התחלה של הפליטה. הם מתחילים להפוך לגז על פני השטח. החוטים עדיין קשיחים מוקפים במעטפת של פלזמה מתכתית. בתזה של באווי מופיע שהחוטים שומרים על ליבה קרה, קשיחה. הם מתפוצצים בקצוות, מוסרים פלזמה של אטומים מתכתיים שמשתרעים. כאשר צילינדרי הפלזמה מתמזגים, נוצרת "הכתרה". באווי כותב שהכתרה נוצרת כאשר 80% מהזמן של הפגיעה עבר. זה אומר שבעצם כל הזמן, הזרמים מתקיימים בחתכים באופן עצמאי. אם אי-יציבות MHD יכולה להתרחש בפלזמה (גז אינוני), שבה הצפיפות של הזרם יכולה להשתנות, כמו גם עוצמת השדה המגנטי, זה אינו מתרחש בשכבה של חוטים.
בתזה שלו מופיע שמהירות התפשטות הגז המתכתי היא 10,000 מטר לשנייה עבור טונגסטן ו-22,000 מטר לשנייה עבור אלומיניום. סדר גודל של קוטר החוטים (במספר של 240): 10 מיקרונים.
לא מצאתי את מהירות התפשטות עבור חוטי סטainless steel. אנשים מ-סנדיה היו מופתעים לראות שהטמפרטורה שנשמרת בסוף הפגיעה הגיעה ל-2 מיליארד מעלות. הסבר אפשרי הוא שמהירות התפשטות הגז של סטainless steel תהיה נמוכה יותר, מה שיגרום להאטה ביצירת "הכתרה" שבה יכולים להיווצר אי-יציבות. כפי שנאמר לעיל, החוטים שומרים על "ליבה קרה", ולכן הם כמעט "חוטים" שמתנגשים בציר, והסיבוב של הפלזמה נוצר ברגע האחרון של הפגיעה. כך, במקום מאות ק"מ לשנייה, מהירות רדיאלית ברגע הפגיעה יכולה להגיע ל-1,000 ק"מ לשנייה. כתוצאה מכך, עלייה בטמפרטורה קשורה ל... שינוי בחומר. שאלה פתוחה.
בזמן tm, המעטפות של הפלזמה מתמזגות. אנו מנצחים בשני מישורים. סגירה זו מאפשרת ליצור "מגש" סגור ביחס לשדה המגנטי, בעוד שהאי-הומוגניות של הסביבה, בכוונה אזוימוטלית, מניעות את הגדילה של אי-יציבות MHD ומשמרות את הסימטריה הצילינדרית של התהליך.
נחזור לתרשים בתזה של באווי, לאחר שמעבדנו אותו:
התקנה של באווי לאחר crowbar
בפליטות אלו, קבלים מתפרקים במעגלים שיש להם אינדוקטיביות. מי שמבין ב-3D, מראה את התפלגות שתי השכבות של זרם אדום ואדום, שמבוססות על גאומטריה של עקומות יוצרות של טורוס. אלו הם "סוג של סלילים". כאשר השכבה "חוטים + פלזמה מתכתית" התקדמה לכיוון הציר, היא סגרה את מה שbaoוי קורא "פער". בכך, הסליל הזה נפרד מהקבל שטען אותו. אנו חוזרים לנושא של crowbar שנדון לעיל במסמך. הזרם האדום ימשיך להסתובב בצורה זו, ויתרחב באופן טבעי עקב הפסד חום (הפרדה של סליל בנגד שמבוסס על עצמו).
בכחול – Jprim מציין "זרם ראשוני". הזרם יוצר שדה מגנטי, ששורות הכוח שלו לא מוצגות אך הן אזוימוטליות. השדה הזה שקול לחץ מגנטי, והלחץ הזה פועל על המגש הראשון, שנותן לו תמיד צורה צילינדרית סכמטית. הנפח שבו נמצא השדה המגנטי שנוצר על ידי הזרם האדום יקטן. כדי לשמור על הזרם, השדה המגנטי יגדל, גם הזרם (אדום) יגדל, מה שמסביר את התיאור Jamp (זרם מוגבר). הלחץ המגנטי פועל על המגש השני, שמכיל חוטים, שנמצא למעלה בתרשים, שיחזיק את התפקיד שאותו שיחק, ב"מתקן הפלזמה הסגור", הטבעת של האלומיניום. המגש השני גם יתפוצץ למשטח לא הומוגני, מורכב מחוטים מתכתיים מחוברים באטמוספירה של מתכת מתפוצצת. ובכל זאת, כל זה ינוע לכיוון הציר. זהו רק שאלה של ערכים של פרמטרי הניסוי. יש לנו גם "קופסה של ציפור" למעלה בתרשים, עם קוטר התחלתי מסוים. הזרם שמחבר אותה פחות חזק מאשר במעבדה של סנדיה: 2.5 מיליון אמפר במקום 20. גם הקופסה קטנה יותר. הפגיעה שלה מאפשרת להגיע למספרים של מליוני מעלות, ובמובן זה המערכת מתקיימת, הופכת למקור של קרינה רנטגן. אך אם装置 היה מאפשר לפגוע קופסה גדולה יותר, של 8 ס"מ קוטר, ואם הזרם היה יכול להישאר על 20 מיליון אמפר, לא נוכל לראות, כפי שדנויי מראה, 200 חוטי סטainless steel, למה לא ניתן להשיג טמפרטורה פנטסטית של 2 מיליארד מעלות ב- Lot, צרפת. נציין שהמערכת של ספק של גרמאט נותנת פליטה של 100 ננושניות, כמו המכונה Z של סנדיה.
נעבור למספר תוצאות (לראות את תזה של באווי, זמינה אונליין).
כחול – "זרם ראשוני", אדום – "זרם משני".
הזרם הראשוני יורד כי המגניט מתפרק בסליל שגודלו עולה (שזה קשור להתרחבות של החלל). הזרם המשני עובר בתחילה עלייה איטית, שקשורה רק לפליטה מהמקור (הקבל מתפרק בסליל). השבר מתאר את הזמן שבו "הפער" נסגר, או שה- crowbar פועל, כלומר קצת יותר מ-2 מיקרו-שניות לאחר התחלה של הירי. ברגע זה, הזרם האדום קופץ, כי מדובר בזרם שזורם בסליל שקטן, עקב הלחיצה על החלל הטורואידלי. אנו מקבלים פיק של זרם מושרה. זמן העליה של הזרם מתאים למה שדרוש: מאות ננושניות. אכן, עליה של הזרם צריכה להתרחש בזמן שנותר קטן יותר מהזמן שיקח למגש השני לפגוע, כדי שהחוטים יוכלו לקבל אנרגיה קינטית, שתהפוך לאנרגיה של התנודות החום בזמן הפגיעה על הציר.
התרשים הזה נלקח מאירוע אחר. ניתן להבחין בפונקציית הפליטה בצורה של קרינה רנטגן.
הספק פולט בצורה של קרינה רנטגן
בצהוב – ההספק הפולט בצורה של קרינה רנטגן.
| כאן המגש הראשון התכנס לציר, דוחף על ידי הלחץ המגנטי שמתאים למעגל הזרם הכחול, שקיים בתוך נפח טורואידלי שנותר בצבע לבן, מטה מהמגש של החוטים שמתפוצצים, שם זורמים (ביחד) הזרמים הכחול והאדום. במעלה המגש הראשון, הלחץ המגנטי ההפוך (אזור אפור) שתחילו לפעול על המגש השני של החוטים, גם הוא מתפוצץ, גורם לפגיעה שלו כלפי הציר של המכונה. למטה – הפער האנכי נסגר על ידי חלק מהמגש של החוטים שמאוחזים ומאפשר כאן זרימה רדיאלית (כחול) של הזרם. |
|---|
המסקנה מקריאה זו בתזה של באווי היא שהצרפתים possess את כל הידע הנדרש לבניית ניסוי דומה ל- Z-machine ( "יש לנו את זה בבית", בקטן יותר). אישית אני מציע לשנות את מנגנון הכווץ, שיתן יתרון של יישור יותר יציב של הפגיעה של "המגש הגדול". אין צורך להפוך אותו בזווית חדה, כדי להכניס את האנרגיה ל"הקופסה של הציפור" במקומה העליון. יתר על כן, ההתקנה של גרמאט "בשני שלבים ושני מגשים של חוטים", חכמה מאוד (יש לנו בצרפת אנשים חכמים כמו הרוסים) אולי תאפשר, באמצעות המקור של הזרם כפי שהוא מופיע, להשיג את אותו תוצאה כמו האמריקאים, גם עם מכונה קצת פחות חזקה. בכל מקרה, אם הייתי בגרמאט, הייתי מנסה זאת מיד. גם אם אני לא מעוניין כלל בتطبيقات צבאיות של גילוי זה, הדבר הראשון שחשוב לעשות הוא להשיג את הפליטה "הטהורה" של כמות קטנה של הידריד של ליתיום, באي דרך ובכל מקום, בכל תחום, בכל סיטואציה. לאחר מכן – "הכל חי את חייו". האזרחים יתאוששו את הניסוי כדי להפוך אותו למקור חשמלי, והצבאים יעשו נפצים על ידי החלפת המקור החשמלי במקור מגנטי-פיארוטכני, כמו ברוסיה. בכל מקרה, אם הצרפתים יתחילו לייצר נפצים של פליטה טהורה, מה שבלתי נמנע, הם לא יהיו היחידים. ראינו את הערפלות שקיימת כיום בארצות הברית. נמצא את אותו מצב ברוסיה ובסין, אולי גם במקום אחר.
18 ביוני 2006: הצעה, מאוד סכמטית, לשיפור ההתקנה של מתיאס באווי. המנחת לא תהיה בזווית חדה.装置 ייטיב על ידי סימולציות מספריות, אך נראה לי שהמגש של החוט מספר 1 צריך להיות יציב יותר.
| ההתקנה לפני הפעלת המפסק (סימטריה של סיבוב סביב ציר אנכי). | קוטר הקופסה של החוטים המרכזית: 80 מ"מ. אותה התקנה כמו בסנדיה. חוטי סטainless steel |
|---|
| מיד לאחר הפעלת המפסק, |
| השכבות של זרם טורואידליות נוצרות, מתחילות להפוך את המגשים של החוטים, | להתחיל מהמגש הגדול מספר 1 (צבע כחול). הלחץ המגנטי דוחף אותו לכיוון הציר של המערכת | השכבה של החוט מספר 1 התחילה להפוך. "הקליפה" נוצרה והגיעה במיוחד ללחוץ על "הפער" המעגלי. על ידי סגירה, היא פועלת כמו crowbar ביחס לשכבה של זרם שזורם במעגל הטורואידלי השני, שמכיל את שני המגשים של החוטים. הלחץ המגנטי ממשיך לדחוף על המגש מספר 1 |
|---|
| התופעה ממשיכה. הירידה |
| של החדר הטורואידלי השני, תחת לחץ מגנטי שמופעל מטה מהמגש מספר 1, גורמת לעלייה בזרם בשכבה של זרם טורואידלי ששייכת לו. הזרם במעגל של החוט מספר 2 מתחזק, מעצים את התפוצצות החוטים של הסטainless steel. הקליפה נוצרת. המגש מתפוצץ לכיוון הציר של המערכת. |
|---|
הסימטריה הגדולה של ההתקנה הזו צריכה להאפשר עלייה מיטבית בלחץ ובטמפרטורה בקופסת החוטים המרכזית.
טמפרטורה בסוף הפגיעה?
מה ניתן לצפות מהמכונה של גרמאט? הזרם נשאר מוגבל. שני מיליון ואחת וחצי אמפר במקום 20 כמו ב- Z-machine. באנגליה, Magpie, שמבוסס ב-Imperial College, מגיע ל-1.4 MA.
מה יכול להיות המחיר של התקנה מסוג זה? המעבר מ- Z ל- ZR ב- Sandia יצר עלות של 61 מיליון דולר. עלות של מכונה Z יכולה להערכה בכ-50 מיליון יורו. עלות של ITER מוערכת ב-13 מיליארד יורו (וזה יתפספס בהכרח). לכן היחס הוא 1 ל-260. עלות של LMJ, הליזר המגא-ג'ול: 2.5 מיליארד יורו. זה 50 פעמים עלות בניית "ZR" צרפתית. אם היינו לוגיים, "נשיג את האש" בצד של המניעים שנותנים עשרות מליוני אמפר ב-100 ננושניות. המבנה של ECF של גרמאט הוא מהנדס הפוליטכני ז'אן-פרנץ ליאון. עוד ב-2002 הוא צייר את תוכנית של מחליף ECF, שיכולה להגיע ל-60 מליוני אמפר.
נשווה ל- ZR, המחליף של מכונה Z, ב- Sandia. הפרויקט תוכנן לפני ההצלחה של 2005, לפני 3.77 מיליארד מעלות. זה היה פשוט "מקור קרינה רנטגן חזק יותר". איך נראית מכונה Z?
![](/legacy/science/Z-machine