יותר מ-2 מיליארד דרגות! ניתוח של המאמר של מלקולם הינס (אפריל 2006)

יותר משני מיליארד דרגות! ניתוח המאמר של מולקם הינס (אפריל 2006)

יותר משני מיליארד דרגות!
המאמר של מולקם הינס

פורסם ב-24 בפברואר 2006 בכתב העת Physical Review Letters

עודכן ב-16 ביולי 2006 (נתוני עמוד תחתון על עקומת הזרם בהתקן Z)

****עדכון מ-18 במרץ 2008. לאחר פרסום מאמר בכתב העת Science et Avenir

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

ברזל

מכונת Z של סנדיה

עקומת עליית הטמפרטורה

מערך חוטים

לפלס

קופסה של ציפור

יצירת קליפה

הכלה על ביקוון

שינוי מהירות בקליפה של חוטים

ללא-מדענים

הקוראים שואלים אם הטמפרטורות הionesיות שנשכחו מעבר לשני מיליארד דרגות נמדדו באמת. התשובה היא כן. עם זאת, תופעה מבלבלת הושג כבר ב-1998 בניסויים של דחיסה של פלזמה באמצעות מכונת Z. הניסויים היו על מבנים שונים. לדוגמה, כש"הקופסה של הציפור" התפוצצה, שולחו "נשימת גז", "נשימה של גז" ממש במרכזה, שהופך להיות מכווץ. קרינת ה- X אפשרה לקבל מדידה של הטמפרטורה האלקטרונית. פלזמה היא מעין "שני מרכיבים": יונים, כבדים, ואלקטרונים, קלים. ב"פלזמה של ברזל", בברזל מ-ionized, הגרעין של

(56 נוקלאונים, 26 פרוטונים) הוא 100,000 פעמים כבד יותר מאלקטרונים (הגרעינים מורכבים מ"נוקלאונים" שמסתם דומה מאוד: פרוטונים ואלקטרונים. אלקטרון הוא 1850 פעמים קל יותר מפרוטון).

צינור ניאון מכיל גם "שני מרכיבים", אלקטרונים ויוני ניאון (אפילו אם במקרה זה הם לא הופרדו לגמרי מה"כובע האלקטרוני" שלהם). כשצינור עובד הוא מכיל מעין "שני טמפרטורות", שבו הגז המורכב מאטומים, יוני ניאון נשאר קר. (אתם יכולים לגעת בצינור ביד), אך "גז האלקטרונים" הוא הרבה יותר חם, מושך ל-10,000°. למה לא מרגישים את החום ביד? כי האלקטרונים, העניים, פשוט חסרי כוח כדי לספק לך אנרגיה, חום. עם זאת, יש להם מספיק אנרגיה להפעיל, על ידי התנגשויות, את השכבה הפלואורסנטית שמכסה את הפנים הפנימיות של הצינור. זה הסיבה שנקראים

צינורות פלואורסנטים

. פלואורסצנציה היא היכולת לבלוע קרינה ולהחזיר אותה בתדר אחר. כך, פלואורסצין מבלע קרינת שמש ומחזיר באפור. חולצות נילון יכולות לבלוע קרינה אולטרה-סגולה ולהחזיר בראיה (זה "אור כהה" של בתי שעשועים מודרניים) וכו'. השכבה הלבנה של צינור הניאון מושפעת על ידי אלקטרונים שבעלי אנרגיה המתאימה למגזר UV, אך כשנפגשים עם החומרים המרכיבים את השכבה הם גורמים לפליטה בתדר הראיה. השכבה מורכבת בדרך שכאשר היא פולטת האור שלה יהיה הכי קרוב האפשר לאור ראייה. אך זה לא מדויק לגמרי. זה הסיבה שהאור של הניאון נראה לכם כל כך "מוזר".

מה שחשוב לזכור הוא שיכולים להיות אמצעים "בשני טמפרטורות". הסיבה לתופעה זו היא שהשדה החשמלי שפועם בצינור, קשור להפעלת האלקטרודות, מעביר בעיקר אנרגיה לאלקטרונים, שאותם הם מוסיפים ליוונים על ידי התנגשויות. אך מכיוון שההעברה של אנרגיה בין גז אלקטרונים לבין גז יונים אינה יעילה, ניתן לקבל הפרש טמפרטורות גדול מאוד. זה נובע בעיקר מהעובדה שהסביבה רזה. אם הצינור מתרסק והלחץ עלה, תופעה זו "מחוץ לשיווי משקל" תיעלם מיד. כשהגז של האלקטרונים קשור חזק ליוונים, הוא יקרר במהירות רבה. אז האלקטרונים, פחות "מתנפצים" (הטמפרטורה המוחלטת בגז מציינת את התנועה של התנודות החום), יחזרו בשלום לאטומים שיתנו להם להיות נייטרליים שוב.

ניסוי מכונת Z הוביל למצב מאוד מוזר. יש שני מרכיבים בפינה:

גז אלקטרונים
גז יונים (בפלדה, בעיקר גרעינים של ברזל, טעונים חיובי)

כשאנשים, מאז 1998, ניסו להסביר את מדידותיהם, היו להם רק טמפרטורת אלקטרונים, על ידי מדידת קרינת ה-X שיצאה. למה גז האלקטרונים הוא המקור העיקרי לקרינה זו בניסויים? כי סביב הפלזמה יש שדה מגנטי עוצמתי. כשאלקטרונים, שנשלחים במהירות של 40,000 ק"מ/ש, נכנסת לمنطقة שבה שדה מגנטי עוצמתי, הם מתנפצים. אז הם "צועקים", מקרינים "קרינת עיכוב". על ידי מדידת קרינת ה-X שיצאה, המעבדים מדדו את הטמפרטורה של גז האלקטרונים: 35 מיליון דרגות בניסויים שהוזכרו במאמר זה.

אבל באמצעות נוסחאות (ה"קשר של בנטן"), אם הם ניסו להעריך את הטמפרטורה שחייבים להיות ליווני ברזל כדי לשקף את ה"לחץ מגנטי" העצום, מחוץ לפלזמה, היה עליהם להניח שהטמפרטורה חייבת להיות הרבה יותר גבוהה. כבר ב-1998, לא משנה איזה ניסוי עשו, ההפרש בין שתי הטמפרטורות התגלה כברור. היו צורך בערכים גבוהים כדי שפלזמה לא תישבר מיד על ידי הלחץ המגנטי. רואים שהדבר מראה מצב מחוץ לשיווי משקל (בשיווי משקל תרמודינמי כל הטמפרטורות של המרכיבים במעין גז שוות) – מצב של שני טמפרטורות הפוך מהצינור של ניאון, שבו הפעם היה הגז של היונים חם יותר מהגז של האלקטרונים.

הערה פשוטה: מה יוצר את "השיווי משקל תרמודינמי"? זה ההעברת אנרגיה בין חלקיקים, על ידי התנגשויות. האנרגיה היא לדוגמה האנרגיה הקינטית

. למה האינדקס i? כי פלזמה היא מעין של מרכיבים שונים, v

היא מהירות התנודות החום, וה- < v

היא "מהירות ריבועית ממוצעת". כך

היא

האנרגיה הקינטית הממוצעת

, במרכיב שנבחר. זהו הגדרת הטמפרטורה המוחלטת, שמסמלת את האנרגיה הקינטית הממוצעת (של התנודות החום) של מרכיב מסוים, לפי הנוסחה:

כאשר k היא קבוע בולטזמן, שווה ל-1.38 10

בהתנגשויות החלקיקים מחליפים אנרגיה. תופעה זו מובילה לשוויון האנרגיה. כשמדובר באנרגיה קינטית בלבד, המרכיבים השונים מנסים להשיג אנרגיה קינטית של תנודות חום שוות. לכן

טמפרטורות מוחלטות

שוות:

בהינתן שני חלקיקים בעלי מסות שונות m

ו- m

ובוא i הוא הקליל יותר.

התיאוריה הקינטית של גזים

אומרת שהקצב של העברת אנרגיה קינטית בהתנגשות יהיה פרופורציונלי ליחס

אם המסים שונים מאוד, נשים לב שבטמפרטורה נתונה (מספיק כדי שהסביבה תהיה מ-ionized, שיש אלקטרונים חופשיים) ההבדל במסות גורם למהירות התנודות האלקטרונית והיונית להיות שונה מאוד. ניקח את מקרה של פלזמה של דאוטריום-טריטיום, עם מסה אטומית ממוצעת של 2.5 (2 לדאוטריום, 3 לטריטיום). נניח שהגז של היונים נמצא בטמפרטורה של 100,000,000° (בתוך טוקאמק). מהירות התנודות החום תהיה:

כ- (3 k T

פרוטון שוקל 1.6 10

קילו

המסה הממוצעת של היונים של מימן היא לכן 1.6 10

2.5, כלומר 4 10

קילו

מהירות התנודות החום הממוצעת של יוני מימן היא לכן, בתוך טוקאמק של 10

מ"ש, כלומר

אלף ק"מ לשנייה

. מספר מעניין לזכור. בתוך טוקאמק, מצב שיווי משקל תרמודינמי. הטמפרטורה של גז האלקטרונים היא כמו של היונים. אך מהירות התנודות של האלקטרונים גבוהה יותר מזו של היונים, ביחס הפוך לשורש של יחס המסים.

מסת אלקטרון היא

= 0.91 10

קילו

בתוך פלזמה של מימן כבד, יחס המסים הוא 4400, והיחס בין מהירות התנודות החום הוא שורש של המספר הזה, כלומר 66. לכן מהירות התנודות החום של האלקטרונים בתוך טוקאמק היא 66 פעמים יותר גבוהה מזו של היונים, כלומר 66,000 ק"מ/ש, כלומר 20% מהמהירות של האור. הערה פשוטה.

בתוך פלזמת הברזל של מכונות Z, יחס המסים מגיע ל-100,000. בתוכן של פלזמה של ברזל בשיווי משקל, יחס המהירויות החום בין אלקטרונים ליונים של ברזל היה 316. אך כפי שנראה בהמשך, הפלזמה של הברזל של מכונות Z היא מאוד מחוץ לשיווי משקל. ההבדל מהצינורות הפלאורסנטים הוא שפעם זו הטמפרטורה האלקטרונית היא 100 פעמים נמוכה יותר מזו של היונים. לכן מדובר בסוג חדש של פלזמה

במצב חוץ-שיווי משקל הפוך

זהו סביבה חדשה, לא ידועה היטב, לחקירתו. למעשה, אזור אמיתי של "מערבון" למחקרים ותאורטיקנים. מכונה Z היא לפני כל דבר מנוע חשמלי עוצמתי:

מכונת Z של סנדיה, לפני 2007

(היא הופעלה מחדש מאז והפכה ל-ZR, Z "מחדש")

היא מספקת פולסים של 18 מיליון אמפר, ב-100 ננושניות. ננושניה היא מיליארדית השנייה. עוצמת הזרם עולה לינארית: עקומת עליית עוצמת הזרם במכונת Z (אנלוגי ב-ZR)

מכונת ZR, פעילה מאז 2007, מסוגלת להגיע ל-26 מיליון אמפר, עדיין ב-100 ננושניות

מכונת Z שולחת את הזרם ל"קליפה של חוטים", סוג של קופסה של ציפור, בגובה 5 ס"מ וקוטר 8 ס"מ, מורכבת מ-240 חוטי פלדה, דקים יותר מהשערה:

מבנה "הקליפה של חוטים"

בכל חוט עובר:

75,000 אמפר

כל חוט יוצר שדה מגנטי, שמתנגש עם החוטים הסמוכים לפי כוח לפלס I B. הכוחות הללו מכוונים כלפי פנימה ונסו להכניס את כל החוטים לאורך ציר המערכת.

הכוחות של לפלס מנסים לכנס את החוטים לאורך ציר המערכת

הציור שגרם ליותר תקווה לגורל יונאס, ממציא המכונה

כשהחוטים מתקרבים, הם מתאדים בהדרגה:

יצירת הקליפה של פלזמה

(תזה של מתיאס בווי)

המבנה של מערכת החוטים מונע את היצירת של אי-יציבות MHD ומשמר את הסימטריה הצירית. קיימים דעות שונות לגבי התנהגות הקליפה של חוטים במהלך ההכלה. החוט מוקף בקופסה של פלזמה של ברזל. הניסוי מראה שהחוטות משאירים מאחור " đuידת כוכב לכת" שמייצגת 30% מהמסה שלהם.

הסכמה של ההכלה הזו יכולה להחשב (ראה להלן). הרדיוס של הקופסה הוא 4 ס"מ והזמן הוא 100 ננושניות, לכן המהירות הממוצעת של התכנסות היא 400 ק"מ/ש. יש למעשה תאוצה ממש לפני ההגעה. מהירות היונים לפני הפגיעה היא בין 550 ל-650 ק"מ/ש. שמירת הסימטריה הצירית גורמת לכך שהפלזמה של הברזל תהפוך בסוף ההכלה לקו של מילימטר וחצי קוטר.

יונים ואלקטרונים מתכנסים באותה מהירות לציר. לא ניתן להפריד בין שתי הקבוצות בגלל הכוחות החשמליים העוצמתיים שמחזקים אותם יחד. כשחלקיקים אלו, יוני ברזל ואלקטרונים, מתנגשים זה בזה בקרבת הציר יש תהליך של "היתוך" – כלומר, לפי ההנחה, האנרגיה הקינטית הקשורה למהירות הרדיאלית מתפזרת בכל הכיוונים. זה נכון גם ליוונים וגם לאלקטרונים.

נשכח לעת עתה את האלקטרונים ונטען שקבוצה של עצמים שמסתם שווה למסת יוני ברזל נמצאת בקרבת הציר במהירות של 650 ק"מ/ש.

המסה של יוני ברזל היא 9 10

קילו

נכתוב:

V = 600 ק"מ/ש

נקבל טמפרטורה יונית של 925 מיליון דרגות. התרגם פשוט מהירות רדיאלית למהירות התנודות החום של היונים.

נעשה את אותו חישוב עבור האלקטרונים, נקבל טמפרטורה מיליארד פעמים נמוכה יותר, ב-9250 דרגות. מצב חוץ-שיווי משקל עוצמתי הפוך. אז התנגשויות נכנסות לפעולה. ליוונים, מולקם הינס חישב שהזמן של שיקום (הזמן של היתוך הגז של היונים, יישום של פונקציית התפלגות מהירויות) הוא 37 פיקו-שניות, כלומר 3.7 10

שניות. הזמן הזה קטן בהרבה מה"זמן העצירה" של הפלזמה, בצורה של חוט עוצמתי ומאוד חם, בגודל של שידור של עיפרון.

המדידות (פליטה של קרינת X על ידי "קרינת עיכוב", אינטראקציה בין אלקטרונים ליונים) נותנות טמפרטורה של 30 מיליון דרגות. לכן גז האלקטרונים התחמם. נבחן את זה בהמשך. יש מנהג למדוד טמפרטורות גבוהות באלקטרון-볼ט, לפי הנוסחה

e V = k T

עם e (הشحن החשמלי היחיד) = 1.6 10-19 קולון

אם יש סביבה שמייצגת טמפרטורה, מודדת ב"אלקטרון-볼ט", של "eV" אחת, זה יתאים לטמפרטורה

T = e / k = 11,600° K

מכיוון שנחשב על סדרי גודל, יש לתרגם לעתים קרובות אלקטרון-볼ט לדרגות קלווין פשוט על ידי

T = 10,000 V

כך ש"keV", אלף-אלקטרון-בולט, שווה ל-10,000°

המדידות של קרינה שפלטה (בטווח של קרינת X) נותנות טמפרטורה של 30 keV, שנעגלת ל-30 מיליון דרגות.

בעיה אחרת: נמצא שהגז של היונים חם יותר ב-3 עד 4 פעמים ממה שנקבל על ידי היתוך פשוט. מדידות הטמפרטורה נותנות ערך גבוה יותר מ-2 מיליארד דרגות, ועולה גם לערך מקסימלי של 3.7 מיליארד דרגות. מאיפה מגיעה האנרגיה? שוב נדון בזה בהמשך.

מדידות טמפרטורה נעשו באמצעות שיטה קלאסית של הערכה של הרחבת השורות הספקטרליות לפי אפקט דופלר. הגרעינים (כמו אטומים, מולקולות) פולטים קרינה לפי ספקטרום מסוים שמכיל שורות מאפיינות.

אם הסביבה היא יחסית קרירה, השורות צרות.

ספקטרום פליטה של פלדה לא-מתכת, "קרירה יחסית", בטמפרטורה של 100,000° K

נזהה את השורות של כרום (הראשונות, משמאל), ואז של manganese, ברזל וניקל.

בפלדה הזו הפחמן מייצג 0.15% מהמעין, ושורותיו לא נראות.

השורות מתאימות להזנות אלקטרונית. סביב גרעין מסובבים אלקטרונים על מסלולים מסוימים, בגלל סיבות קשורות למכניקה קוונטית (כינון של מסלולים). תוספת אנרגיה מכל מקור יכולה לגרום "מעבר", כלומר שינוי במסלול של אחד האלקטרונים. המעבר תמיד מתרחש בכיוון של התייחסות האלקטרונים למסלול מרוחק יותר, שמייצג יותר אנרגיה. אין צורך לעשות חישובים מורכבים כדי להביע את הרעיון הזה. אתם יודעים היטב שמכניסה מטען במסה M על מסלול, ככל שהמסלול גבוה יותר, כך צריך רקטה חזקה יותר. תוספת האנרגיה מכניסה את האלקטרון למסלול "גבוה יותר", מרוחק מהגרעין. הוא לא נשאר שם הרבה זמן (קיימת תקופת חיים של מצבים מועצים) ולא מתעכב יותר מדי, ב-כמה ננושניות, להחזיר למסלול קרוב יותר לגרעין. בעת הירידה, הוא מאבד אנרגיה שפולטת בצורה של פוטון שאנרגיהו שווה להפרש האנרגיה בין שני רמות מסלוליות. מכאן הספקטרום "בשורות".

אטום כמו ברזל מכיל 26 אלקטרונים.

כולם יכולים לבצע שינוי במסלול, לרדת, לא בהכרח למסלול הראשוני שלהם. מכאן ספקטרום מורכב ממספר רב של שורות. חלק מהשורות גבוהות יותר מאחרות. למה מתאימה "גובה השורה"? לכוח הפולט לפי תדר זה. שורה מודדת את התרומה של מעבר מסוים; חלק מהמעברים יותר אפשריים מאחרים. אלה הם המעברים הנפוצים יותר, לכן שכיחים, שיתנו את רוב הקרינה. כשנשווה את התמונה למעלה נראה שעבור פלדה שטמפרטורה שלה בין 58,000 (5 אלקטרון-볼ט) ל-116,000° K (10 אלקטרון-בולט), הפליטה העיקרית נובעת משבירה של כרום. שורת manganese היא "פחות עוצמתית". בטמפרטורות אלו האטומים כבר מאוד איבדו את האלקטרונים שלהם. אך נשארים. כמה? אין לי ספר ביד כדי לענות על זה. ההפסקה היא צעד אחר צעד. לא יודע באיזו טמפרטורה צריך להעלות ברזל או כרום כדי להשיג הפסקה מלאה, שהאלקטרון האחרון יופרץ. אפשר לחשב את זה. זו האנרגיה שצריך לספק כדי לפוצץ את האלקטרון האחרון מהגרעין עם 26 מטענים חיוביים.

מה שנמדד בניסויים של סנדיה מתאר ספקטרום של הזרקת-השבתת של אלקטרונים שנותרו סביב הגרעינים.

ההרחבה של השורות קשורה לאפקט דופלר-פיזאו.

ספקטרום של אותו חומר, מושך לאלפי מיליארד דרגות. אפקט דופלר גרם להרחבה של השורות

התדירות שמתאימה לפער מסלולי מסוים (לשורות) תהיה גבוהה יותר אם האטום מתקרב לצופה ונמוכה יותר אם הוא מתפצל (זהו "אדום-הערכה"). לכן התנודות החום

הרחב את השורות

. המדידות, מדויקות, נעשו והאמת של הערכים הגבוהים של הטמפרטורה היונית הוכחה, שמסמנות מיליארדים של דרגות (

בין 2.66 ל-3.7 מיליארד דרגות

תוצאות במאי 2005 על מכונת Z של סנדיה.

בשחור: עליית הטמפרטורה היונית. בכחול: קוטר הפלזמה.

בציר האופקי: הזמן בננושניות

(ננושניה היא מיליארדית השנייה)

הקפיצה בטמפרטורה אינה אירוע רגיל. זהו גילוי מדעי גדול, וסביר מאוד שיחזיק תוצאות משמעותיות על החברה העולמית שלנו.

היוונים מגיעים כך ל-100 פעמים חם יותר מהאלקטרונים

. עד כה זו הייתה ההסבר היחיד האפשרי, אך הפעם זה נמדד, בניסויים שיכולים להיעשות מחדש. יתר על כן, הטמפרטורה היונית

עולה בזמן.

לבסוף, הקרינה שפלטה גז האלקטרונים בצורה של קרינת X הוכחה להיות 3-4 פעמים גבוהה יותר מהאנרגיה הקינטית ש miała הפלדה של "הקליפה של חוטים" כשהיא נאספה על הציר

הינס ושותפיו ניסו במאמר הבא לברר את הסוד הזה. מאיפה יכולה להיגרם האנרגיה?

כשפותחים את מכונת Z, האנרגיה מתפזרת בצורה שונה. יש אנרגיה תרמית של הפלזמה, שמתאימה לסכום האנרגיות הקינטיות של מרכיביה (בעיקר האנרגיה הקינטית של יוני ברזל). אך יש גם אנרגיה אחרת, קשה יותר להבין:

אנרגיה מגנטית

שנמצאת מתפזרת בכל המרחב סביב החוט הדק של הפלזמה שנוצר על הציר. לכן הינס הציע ש"אי-יציבות MHD" יכולות להיווצר, ומאפשרות לפלזמה לשחזר חלק מהאנרגיה הזו. כפי שנאמר במאמר, תיאוריה זו היא מאוד מוקדמת ולא יצרה אף "סימולציה". ההשלכה היא פשוט "שאינו בלתי אפשרי שטמפרטורה זו נוצרת על ידי התופעה הזו". הוא מראה גם את הקשר הקטן בין אלקטרונים ליונים, שמסביר את המאוחרות של פליטת קרינת X בזמן. התופעה מחממת תחילה את היונים, שמעבירים חלק מהאנרגיה לגז האלקטרונים, שנותר פולט (בעזרת קרינת עיכוב). עם זאת, המדידות (ארבע נקודות)

מראות שהגז של יוני הברזל ממשיכה להתחמם

הטמפרטורה המירבית אינה מושגת בפירוש. עם זאת, הטמפרטורה (מדודת) של יוני הברזל מגיעה ל-3.7 מיליארד דרגות! שלושים שבע פעמים את הטמפרטורה ש-Iter לא יוכל לעקוף: 100 מיליון דרגות.

דיניי אמר שנגד תוצאה כזו הוא חזר על הניסוי והמדידות מספר פעמים, כדי להיות בטוח. נשים לב שבכותרת המאמר כתוב: "יותר משני מיליארד דרגות". באופן לוגי, החוקרים היו צריכים לציין את הערך המקסימלי, של 3.7 מיליארד דרגות. נקרא לזה תנועה של... חוסר בטחון, מול עוצמת התוצאה שהושגה.

לזכור שעם 500 מיליון דרגות אפשר למזג ליתיום והידרוגן, ולקבל הליום ולא ניוטרונים. עם מיליארד יש "מיזוג נקי" שנמשך שניות, גם ללא רדיואקטיביות או פסולת (רק הליום): של בורון והידרוגן. מה אפשר לעשות עם 3.7 מיליארד דרגות, או יותר? אם הטמפרטורה של היונים ממשיכה לעלות, יש סיבה לחשוב שטמפרטורות יוניות גבוהות יותר יוכלו להיגרר.

הערה. בניסויים אלו, עוצמת הזרם החשמלי שהמכונה Z מפעילה (בין 18 ל-20 מיליון אמפר) לא יכולה להישאר ללא הגבלה. זהו פריצה: העוצמה עולה בזמן, עוברת במקסימום, ואז יורדת. במכונת Z, הפולס lasts 100 מיליארדית השנייה. גורם אחר: אם הינס צודק, הסביבה המגנטית של החוט של הפלזמה מכילה אנרגיה עצומה. לכן אם נשמור את הזרם, שדה מגנטי ימשיך "למזון" את הפלזמה, ויעלה את הטמפרטורה היונית. לכן 3.7 מיליארד דרגות לא מהווים גבול, ואף אחד לא יכול לומר באיזו טמפרטורה ניתן להגיע עם התקן זה.

ההשלכה הראשונה של ניסויים כאלו יכולה להיות "מיזוג נקי ללא פסולת", עם מעין של ליתיום והידרוגן (הליתיום, הנמצא במים ימיים ובשומרים, נמצא בכל אזור בעולם. כיום המחיר שלו הוא 59 דולר לקילו, כולל מס). זהו עידן הזהב מבחינת אנרגיה (עם תוספת הבמה ה- H של מיזוג נקי, לא יקרה, לכולם). אם כל זה יתגלה, אף מדינה בעולם לא תוכל להראות "בעלת trữי ליתיום של הפלנטה". כי הליתיום נמצא במים ימיים, לכן הניירות הגלובליות אינן מוגבלות מראש.

מכיוון שהטמפרטורה בסופרנובה היא עשר מיליארד דרגות, ושהיא, על ידי תגובות מיזוג, מצליחה ליצור את כל האטומים בטבלה של מנדלייב (וכמו כן את האיזוטופים הרדיואקטיביים עם זמנים חיים שונים), אם מכונת Z "מוכפלת" תצליח يوم להגשים 10 מיליארד דרגות, נקבל במעבדה את הטמפרטורות הגבוהות ביותר שטבע יכולה ליצור ביקום. צעד זה מייצג שינוי קיצוני בפיזיקה גרעינית ובפיזיקה בכלל.

עד כה הצלחנו רק "להתבונן בפרחים". צעד זה מייצג באמת את המצאת האש הגרעינית

אומר שקצב ההפחתה של אנרגיה קינטית בפיזור יתקיים ביחס ישר ליחס

אם המאסים הם מאוד שונים, ניתן לשים לב שבמקרה מסוים, בטמפרטורה מסוימת (מספיק גבוהה כדי שהחומר יהיה מואץ, ויש אלקטרונים חופשיים), ההבדל במסות גורם לכך שמהירות הוויברציה של האלקטרונים והאيونים שונה מאוד. ניקח את המקרה של פלזמה של מימן-דוטריום-טריטיום, עם מסה אטומית ממוצעת של 2.5 (2 לדוטריום, 3 לטריטיום). נדמיין שהגז של האيونים הוא ב-100 מיליון מעלות (במתקם). מהירות הוויברציה התרמית תהיה:

בסדר של ( 3 k T

פרוטון שוקל 1.6 10

קילו

המסה הממוצעת של האيونים של מימן היא לכן 1.6 10

2.5, כלומר 4 10

קילו

מהירות הוויברציה התרמית הממוצעת של האيونים של מימן היא, במתקם של 10

מ"ש, כלומר

אלף קילומטרים לשנייה

. מספר מעניין להיזכר. במתקם, מצב האיזון התרמודינמי מתקיים. הטמפרטורה של גז האלקטרונים זהה לטמפרטורה של האيونים. אך מהירות הוויברציה של האלקטרונים גבוהה יותר מהאيونים, ביחס ההפוך לשורש ריבועי של יחס המאסה.

המסה של אלקטרון היא

= 0.91 10

קילו

בפלזמה של מימן כבד, יחס המאסה הוא 4400, ויחס מהירות הוויברציה התרמית הוא שורש ריבועי של המספר הזה, כלומר 66. מהירות הוויברציה התרמית של האלקטרונים במתקם היא לכן 66 פעמים גבוהה יותר מהאيونים, כלומר 66,000 ק"מ לשנייה, וזה 20% מהמהירות של האור. הערה פשוטה.

בפלזמה של ברזל של מכונות Z, יחס המאסה מגיע ל-100,000. בפלזמה של ברזל במעדנין, יחס המהירות התרמית בין אלקטרונים לאيونים ברזל יהיה 316. אך כפי שנראה מאוחר יותר, הפלזמה של מכונות Z היא מאוד לא במעדנין. ההבדל עם לוחות פלואורסנט הוא שבעצם הטמפרטורה של האלקטרונים נמוכה פי 100 מהטמפרטורה של האيونים. לכן מדובר בסוג חדש של פלזמה

בעלת מצב לא במעדנין הפוך

זהו סביבה חדשה, לא מוכתת, שיש לחקור. למעשה, זה איזה "ווסט" אמיתי למחננים ולתאורטיקנים. מכונה Z היא בעיקר גenerator חשמלי חזק:

המכונה Z של סנדי, לפני 2007

(היא שונתה מאז ונהפכה ל-ZR, Z "מתקנת")

היא מפעילה פולסים של 18 מיליון אמפר, ב-100 ננו שניות. ננו שניה היא מיליארדי שניות. הזרם חשמלי צובר בקצב ליניארי: גרף עלייה של הזרם החשמלי במכונה Z (מגין ב-ZR)

המכונה ZR, פעילה מאז 2007, יכולה להגיע ל-26 מיליון אמפר, עדיין ב-100 ננו שניות

המכונה Z מפעילה את הזרם הזה ל"קופסה של חוטים", סוג של מדרגה מברזל, בגובה 5 ס"מ וקוטר של 8 ס"מ, המורכבת מ-240 חוטי פליז, דקים יותר מהשערה:

מבנה של "קופסה של חוטים"

בכל חוט עובר לכן:

75,000 אמפר

כל חוט יוצר שדה מגנטי, שמתנגש עם החוטים הסמוכים לפי כוח לפלס I B. כוחות אלה הם מרכזיות ומאפשרים לכולם להצטבר לאורך ציר המערכת.

כוחות לפלס מאפשרים להצטבר של החוטים לאורך ציר המערכת

הציור שמאחורי Gerold Yonas, ממציא המכונה

כאשר החוטים מתקרבים, הם מתאדים בהדרגה:

הצטברות של קורקינט פלזמה

(תזה של Mathias Bavay)

המבנה של קבוצת החוטים מונע את הוויברציה התרמית ומאפשר את האיזון. השערות שונות לגבי התנהגות של קופסה של חוטים במהלך הלחץ. החוטים מוקפים בקופסה של פלזמה של ברזל. הניסוי מראה שהחוטים משאירים מאחור כוכב נסיעה שמייצג 30% מהמסה שלהם.

השיטה של הלחץ הזה יכולה להיחשב (לראות מאוחר יותר). הרדיוס של הקופסה הוא 4 ס"מ והזמן הוא 100 ננו שניות, ולכן המהירות הממוצעת של הלחץ היא 400 ק"מ לשנייה. יש למעשה תאוצת שניות לפני הפגיעה. מהירות האيونים לפני הפגיעה היא בין 550 ל-650 ק"מ לשנייה. האיזון הממוצע מונע את הוויברציה התרמית ומאפשר לפלזמה של ברזל להפוך לקו של מילימטר וنصف בקוטר.

אيونים ואלקטרונים מתקרבים בקצב זהה למרכז. לא ניתן לחלק את שתי הקבוצות בגלל הכוחות החשמליים העזים שמחזקים אותם. כאשר חלקיקים, אيونים ברזל ואלקטרונים, מתנגשים בקרבת המרכז, יש תהליך של חום, כלומר, בעיקר, האנרגיה הקינטית הקשורה למהירות הרדיאלית מפוזרת בכל הכיוונים. זה נכון גם לאيونים וגם לאלקטרונים.

נשכח לרגע את האלקטרונים ונחשוב על קבוצה של חפצים עם מסה שווה למסת האيونים של ברזל, שמסתובבים בקרבת המרכז במהירות של 650 ק"מ לשנייה.

המסה של האيونים של ברזל היא 9 10

קילו

נכתוב:

V = 600 ק"מ לשנייה

אנו מקבלים טמפרטורה של איום של 925 מיליון מעלות. התרגם פשוט של מהירות רדיאלית למהירות ויברציה תרמית של אيونים.

נעשה את אותו חישוב עבור האלקטרונים, נקבל טמפרטורה נמוכה פי 100, ב-925 מעלות. מצב חזק של לא איזון הפוך. הפגישות הופכות למשחק. עבור האيونים, Malcom Haines חישב את זמן הריסוק (זמן של איזון גז האيونים, יצירת פונקציה של פיזור מהירויות). הוא היה 37 פיקו שניות, כלומר 3.7 10

שניות. זמן זה קטן ביחס ל"זמן היציבות" של הפלזמה, בצורת חוט דחוס וחם, בגודל של עיפרון.

המדידות (פליטת קרני X על ידי "קרינה של עיכוב", אינטראקציה בין אלקטרונים לאيونים) נותנות טמפרטורה של 30 מיליון מעלות. גז האלקטרונים נרדם. נבחן את זה מאוחר יותר. יש הרגל למדוד טמפרטורות גבוהות באלקטרון-וולט, לפי היחס

e V = k T

עם e (הטעינה החשמלית היחידה) = 1.6 10-19 קולון

אם יש חומר שמייצג טמפרטורה, חם ב"אלקטרון-וולט" שווה ל"eV", זה יתאים לטמפרטורה

T = e / k = 11.600° K

כאשר אנו מדברים על סדרי גודל, אנו נוהגים לתרגם אלקטרון-וולט לדרגות קלווין על ידי פשוט

T = 10.000 V

אז "keV", קילו-אלקטרון-וולט שווה ל-10.000°

המדידות של קרינה שפולטת (במגמת קרני X) נותנות טמפרטורה של 30 keV, שמעגלים ל-30 מיליון מעלות.

בעיה נוספת: אנו מוצאים שגז האيونים חם יותר ב-3-4 פעמים מהשקיעה של איזון פשוט. מדידות טמפרטורה נותנות ערך גבוה יותר מ-2 מיליארד מעלות, מגיעים גם לערך מקסימלי של 3.7 מיליארד מעלות. מאין מגיעה האנרגיה? שוב נדבר על זה מאוחר יותר; .

מדידות טמפרטורה נעשו באמצעות השיטה הרגילה של הערכה של הרחבת קווי ספקטרום על ידי אפקט דופלר. גרעינים (כמו אטומים, מולקולות) פולטים קרינה לפי ספקטרום מסוים שמכיל קווי אופייניים.

אם החומר הוא יחסית קר, הקוויים קצרים.

ספקטרום פליטה של פליז "קר יחסית", שונף ל-100,000° קלווין

אנו מזהים את הקוויים של כרומיום (הראשונים, שמאלה) ואז את הקוויים של מגנזיום, ברזל וניקל.

בפליז הזה, פחמן מרכיב 0.15% מהמערך וקווייו לא נראים.

הקווים מתאימים להתקוויות אלקטרוניות. סביב גרעין יש אלקטרונים, על מסלולים מסוימים, בגלל מכניקה קוונטית (הכמות של מסלולים). גידול באנרגיה ממקור כלשהו יכול לגרום ל"מעבר", כלומר שינוי במסלול של אלקטרון. שינוי זה תמיד קורה בכוונה של האלקטרון למסלול מרוחק יותר, שמייצג יותר אנרגיה. אין צורך בحسابים מתקדמים כדי להציע את הרעיון הזה. אתם יודעים טוב מאוד שמכיוון שמכניסים מטענים עם מסה M למסלול, ככל שהמסלול גבוה יותר, יש צורך בקצין חזק יותר. גידול באנרגיה מכניס את האלקטרון למסלול "גבוה יותר", מרוחק יותר מהגרעין. הוא לא נשאר הרבה זמן (יש תקופת חיים של מצבים מתחדשים) וקרוב ל-שניות ננו לשקוע למסלול קרוב יותר לגרעין. בعمل זה הוא מאבד אנרגיה שפולטת כפוטון ששווי ערכו לפרשנויות של שני רמות מסלול. מכאן הספקטרום ב"קווים".

אטום כמו ברזל מכיל 26 אלקטרונים.

כולם יכולים לבצע שינוי מסלול, לרדת, לא בהכרח למסלול התחילי. מכאן ספקטרום מורכב ממספר רב של קוויים. חלקים הם גבוהים יותר מאחרים. מה מתאים ל"גובה של הקווים"? לכוח שפולט לפי תדר זה. קוו שווה לתרומה של מעבר מסוים. חלקים מהמעברים הם יותר נפוצים מאחרים. אלו הם המעברים הנפוצים ביותר, לכן נפוצים, שיתנו את הפליטה העיקרית. כשנשווה לתרשים למעלה, אנו רואים שבעבור פליז שטמפרטורתו בין 58,000 (5 אלקטרון-וולט) ל-116,000° קלווין (10 אלקטרון-וולט), הפליטה היקרת ביותר נובעת מקו של כרומיום. קו של מגנזיום הוא "פחות מרשום". בטמפרטורות אלו, האטומים כבר נפרדים מאלקטרונים רבים. אך עדיין יש. כמה? אני לא מוצא ספר כדי להסביר לכם. ההפסקה היא צמיחה. אני לא יודע באיזו טמפרטורה יש להעלות ברזל או כרומיום כדי לקבל הפסקה מלאה, שהאלקטרון האחרון יתנתק. זה ניתן לחישוב. זהו הכוח שצריך לספק כדי למשוך את האלקטרון האחרון מהגרעין עם 26 מטענים חיוביים.

מה שמדדו במדידות של סנדי קשור לספקטרום של התחדשות-הפחתה של אלקטרונים שנותרו סביב הגרעינים.

ההרחבה של הקוויים קשורה לאפקט דופלר-פיזאו.

ספקטרום של אותו חומר, שונף לאלפים של מעלות. אפקט דופלר גרם להרחבה של הקוויים

התדר שמתאים למעבר מסלולי מסוים (לכותרת) יהיה גבוה יותר אם האטום מתקרב למדיד, ופחות אם הוא מתנתק (זהו "רדיוס אדום"). כך, הוויברציה התרמית

מרחבת את הקוויים

. המדידות, מדויקות, נעשו ותומכות בقيم גבוהות של טמפרטורת האيونים, שמסתכלות באלפים של מעלות (

בין 2.66 ל-3.7 אלפים של מעלות

نتائج במאי 2005 על מכונה Z של סנדי.

בשחור, עלייה בטמפרטורת האيونים. בדבש, קוטר הפלזמה.

בציר X: הזמן בשניות ננו

(שניה ננו מייצגת מיליארדי שניות)

העלייה בטמפרטורה אינה אירוע אחר. זו תגלית מדעית גדולה, וכנראה תגרום למסגרת החברתית שלנו השפעות חשובות.

האيونים מגיעים כך ל-100 פעמים חמים יותר מהאלקטרונים

. עד כה זו הייתה ההסבר היחידה האפשרית, אך בפעם هذه זה נמדד, בتجارب שמתאימות. בנוסף, טמפרטורת האيونים

צוברת בזמן.

לבסוף, האנרגיה שפולטת גז האלקטרונים, בקרינה של קרני X, הוכחה להיות 3-4 פעמים יותר גבוהה מהאנרגיה הקינטית שהייתה לצלעות ברזל של "קופסה של חוטים" כשהן נמצאות יחד על הציר

Haines ושותפו ניסו במאמר הבא להפנות את המסתור. מאין יכולה לבוא האנרגיה?

כאשר מפעילים את מכונה Z, האנרגיה מתפזרת בדרכים שונות. יש אנרגיה תרמית של הפלזמה, שמייצגת את סכום האנרגיות הקינטיות של המרכיבים שלה (בעיקר האנרגיה הקינטית של האيونים של ברזל). אך יש גם אנרגיה אחרת, יותר קשה להבין:

האנרגיה המגנטית

שנמצאת מתפוזרת בכל המרחב סביב החוט הדק של הפלזמה שנוצר על הציר. Haines הציע שאינסטביליות MHD יכולות להיווצר, שמאפשרות לפלזמה להחזיר חלק מהאנרגיה הזו. כפי שמתאים למאמר, התיאוריה היא מאוד מוקדמת ולא קיימות "סימולציות". ההסכמה היא פשוט "שאינו בלתי אפשרי שטמפרטורה זו נובעת מההשפעה הזו". הוא מראה בצד את הקשר הקוליזיבי הנמוך בין אלקטרונים לאيونים, שמסביר את האיחור בפליטת קרני X, בזמן. הظاهرة חמה את האيونים תחילה, שמעבירים חלק מהאנרגיה הזו לגז האלקטרונים, שמאז הופך לפליטה (קרינה של עיכוב). זה גם, המדידות (ארבע נקודות)

מציגות שגז האيونים של ברזל ממשיך להתחמם

הטמפרטורה המקסימלית לא נראית. עם זאת, הטמפרטורה (מדודה) של האيونים של ברזל מגיעה ל-3.7 מיליארד מעלות! שלושים שבע פעמים טמפרטורת Iter לא יכולה להגיעה: 100 מיליון מעלות.

Deeney אמר שבעקבות תוצאה כזו הוא חזר על הבדיקה והמדידות מספר פעמים, כדי להיות בטוח. נשים לב שהכותרת של המאמר כתובה: "מעל שני מיליארד מעלות". לוגית, החוקרים היו צריכים לציין את הערך המקסימלי, של 3.7 מיליארד מעלות. נקרא לזה תנועה של ... פחד, מול הגדולה של התוצאה.

יש לזכור שעם 500 מיליון מעלות ניתן לשלב ליטיום ומימן, ולקבל هلיום ולא ניוטרונים. עם מיליארד יש "פנימית נקייה" של שניות, עדיין ללא רדיואקטיביות או פסולת (רק هلיום): זו של בור ומימן. מה ניתן לעשות עם 3.7 מיליארד מעלות, או יותר? אם הטמפרטורה של האيونים ממשיכה לגדל, זה הגיוני לחשוב שאפשר להגיע לטמפרטורות של אيونים גבוהות יותר.

הערה. במדידות אלו, הזרם החשמלי שמכונה Z (18-20 מיליון אמפר) לא יכול להישאר אינסופית. זהו פליטת: הזרם צובר בזמן, עובר במקסימום, ואז יורד. במכונה Z, הפליטה נמשכת 100 מיליארדי שניות. צד אחר: אם Haines צודק, הסביבה המגנטית של החוט של הפלזמה מכילה אנרגיה רבה. לכן, אם נשמור את הזרם, השדה המגנטי ימשיך "לזון" את הפלזמה, ויגביר את טמפרטורת האيونים. כך, 3.7 מיליארד מעלות אינם סופר, ואין אף אחד שיכול להכריע מה טמפרטורה ניתן להגיע עם התקן זה.

ההשפעה הראשונה של ניסויים אלה יכולה להיות "פנימית נקייה", עם מעלה של ליטיום ומימן (הליטיום, הנמצא במים ימיים ובסמורות, נמצא בכל אזור בעולם. הערך שלו הוא 59 דולר לקילו, כולל מיסוי). זהו עידן הזהב מהمنظור של אנרגיה (עם בומבה אטומית של פנימית נקייה, לא יקרה, לכל אחד). אם כל זה יתגלה, אין מדינה בעולם יכולה להכריז "שהיא מחזיקת את המאגרים של ליטיום של הפלנטה". כיוון שהליטיום נמצא במים ימיים, המאגרים הגלובליים הם אינסופיים במקור.

כאשר הטמפרטורה בפלזמה של סופרנובה היא 10 מיליארד מעלות, והיא יוצרת את כל האטומים בטבלת המנדלייב (והאיזוטופים הרדיואקטיביים שלהם עם זמני חיים שונים), אם מכונה Z "מגיעה" ל-10 מיליארד מעלות, נוכל ליצר במעבדה את הטמפרטורות הגבוהות ביותר שהטבע יכולה לייצר ביקום. זה הופעה קיצונית מייצרת שינוי קיצוני בפיזיקה גרעינית ובפיזיקה שלנו באופן כללי.

עד כה, היינו מוכנים "ללהבות". זה צעד אמיתי של יצירת האש הגרעינית

להלן התחלה של המאמר של Haines, Deeney וחבריו:

**נתרגם את הכותרת **:

**חימום מוצל של אيونים בפינצ' מגנטוהידרודינמי לא יציב, טמפרטורה של יותר מ- 2 x 109 **K

ואת הסקירה :

מערכים המורכבים ממסגרות מתכת, שצוברים חזק לאורך ציר הסימטריה של המערכת, הם המקורות החזקים ביותר של קרני X במעבדה עד כה. אך בנוסף, בחלקים מסוימים ניתן לראות אנרגיה בקרני X "מוצל", שפולטת בפולס שמשך של 5 ננו שניות, ברגע שבו הלחץ המרבי מושג (העיכוב)

שווה ל-3-4 פעמים יותר מהאנרגיה הקינטית המקורית

. מודל תיאורטי מתפתח להסביר את הظاهرة על ידי הצעה שהיא נובעת מהתמרה מהירה של אנרגיה מגנטית, שמעבירה את האيونים לטמפרטורה גבוהה מאוד, דרך תופעות של אינסטביליות MHD מדרגה m = 0, שצוברת במהירות. יש אז סטציונריה לא ליניארית וחימום מוצל של גז האيونים. האנרגיה שהתחילה באלקטרונים נמסרת לאيونים על ידי שוויון חום, פגיעות בין אيونים לאלקטרונים, ובסוף הם פולטים קרני X מוצל. בקרוב, קיבלו ב-Sandia ספקטרום, מדידות שנמשכות בזמן, שמאשר טמפרטורה של 200 keV (2

מעלות), בהתאם לתיאוריה. כך נוצר רécord של טמפרטורה עבור פלזמה שמכוסה מגנטית.

Haines ושותפו מתחילים בכך שמניחים את התחלה של הבעיה. לא הצליחו להסביר איך האנרגיה שפולטת הפלזמה יכולה להגיע ל-3 או 4 פעמים האנרגיה הקינטית "המגיעה", כלומר סכום של 1/2 mV2 של אטומים מתכת שנשלחו זה לזה, לכיוון הציר, שם הם מסיימים את מסלולם, האנרגיה הקינטית מומרת לאנרגיה תרמית. כאשר מדרגים את הנתונים, התרומה לא תואמת. יש יותר אנרגיה ממה שנכנס למערכת, ויש צורך שאם היא תגיע ממקום כלשהו. Haines חושב על האנרגיה המגנטית. מה קורה?

אם נשקול לינר המורכב ממסגרות (240) ונשלח דרכו זרם, ניתן לחשב את עוצמת השדה המגנטי, שטח, שיצרו המסגרות האחרות. מסגרת זו תקבל כוח לפלס J x B. קל להסיק שהכוח הזה זהה לכוח שיתאפשר על ידי שדה שנוצר על ידי מוביל ליניארי שמסודר לאורך הציר ושם נשלחת כל הזרם (במבחן של סנדי: 20 מיליון אמפר).

זה גם כך שניתן לחשב את ערך השדה החיצוני, מודולו הנחה שהשדה יכול להיחשב כנוצר על ידי מסגרות באורך אינסופי, שזה רחוק מלהיות כך. זה נותן רק סדרי גודל. לשקול שדה מגנטי יש לחץ מגנטי ש, אם הוא מונח בניוטון למ"ר רבוע, זה גם שווה ל-ג'ול למ"ר מעוקב. לחץ מגנטי הוא צפיפות אנרגיה נפחית. נעריך את זה שית créé על ידי מוביל ליניארי אינסופי.

ניתן, בקרבת מסגרת הממסגרות, שם ניתן לשקול את החישוב הזה של השדה, לחשב את האנרגיה המגנטית שמחזיקה בין גליל ברדיוס r לבין גליל ברדיוס dr

כש-rmin הוא הרדיוס המינימלי של הפלזמה. זה בוודאי לא מובן לשקול את הביטוי הזה מערך זה ל אינסוף, מכיוון שזה מתקיים רק עבור מובילים ליניאריים שמכילים את האורך כאינסופי. אך, כשמכתיבים:

נראה שכאשר המאגר של אטומים מתקרב לציר המערכת, האנרגיה שיצורה כלחץ מגנטי קרוב לאותו חפץ גדלה. Haines רואה שם את מקור האנרגיה שיכול להגביר את טמפרטורת האيونים, ש כבר הפכו את האנרגיה הקינטית שלהם לאנרגיה קינטית של ויברציה תרמית. אם V היא המהירות הרדיאלית של האيونים ברגע הפגיעה, ב"העיכוב" ניתן להעריך את מהירות הוויברציה התרמית על ידי פשוט:

שימוש במשוואה זו מחייב ש"גז האيونים של ברזל" יתאים ל"טמפרטורה", שיתקבל פונקציה של מהירות של מקסוול-בולצמן. אך כפי שיתן Haines מאוחר יותר, זמן הריסוק במערכת הוא מאוד קצר.

tii, זמן ריסוק במערכת האيونית: 37 פיקו שניות (Haines)

נוסף על כך, הקשר האנרגטי עם גז האלקטרונים גם הוא נמוך. בנוסף, האנרגיה המותאמת יכולה להיחשב רק במבנה קינטי (אנרגיה של ויברציה תרמית של האيونים והאלקטרונים). לכן, המשוואה פשוטה זו נכונה. לבסוף, בהנחה שהגז האيونים לא מזון על ידי מקור אחר של אנרגיה, ונראה מאוחר יותר שזה המצב.

בכל מקרה, עם מהירות של 1000 ק"מ לשנייה, נקבל באמת 2 מיליארד מעלות. מתי ה מערכת בלחץ עוברת מהתצורה "מסגרות נפרדות" לתצורה "כיפת פלזמה"? המאמר לא אומר. עם לינר ברדיוס של 4 ס"מ וזמן לחץ של 100 ננו שניות, נקבל מהירות רדיאלית ממוצעת של 400 ק"מ לשנייה, מינימלי. אטום ברזל שוקל 9 10-26 קילו, אך אם זו המהירות של האيونים ברגע הפגיעה, נקבל עדיין 348 מיליון מעלות. זה רק מהירות ממוצעת. כשכותבים את המשוואה הדיפרנציאלית של תנועה, יש תאוצה ענקית בסוף. יש גם לשקול את העובדה שההזרמה אינה קבועה. I צובר בזמן. יש:

M מייצג את המסה של הלינר, בקילו למ"ר. נוכל לראות שבסיום ההזרמה והסיום של הנסיעה, התאוצה צוברת. המהירות עוקפת. Haines כותב:

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.

היה קושי בלהבין איך האנרגיה שפולטת בפליטת פלזמה של מסגרות ב-Z pinch יכולה להגיע ל-4 פעמים האנרגיה הקינטית [1-4], וגם איך לחץ הפלזמה יכול להיות מספיק כדי לשקול את לחץ המגנטית ברגע של עיכוב אם טמפרטורת האيونים והאלקטרונים שווה. בפועל, תיאורטית, לחץ המגנטית המיותר צריך להמשיך ללחוץ את הפלזמה, מה שיגרום לפליטה רדיאלית. כמה תיאוריות [5,6] נוצרו כדי להסביר את החום הנוסף, אך לא אחת מהן שיפרה את ה אי-השוויון של הלחצים.

נשאול את המراجع שהוזכרו:

[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,

ההפניה (1) מתייחסת ל-1997. לכן, כבר אז התופעה לא מוסברת הייתה נצפת. Deeney הוא מנהל הבדיקה של מכונה Z. אני לא קראתי את המאמרים. אם אנשים יכולים לשלוח לי אותם ב-pdf, אוכל לקרוא אותם ולתת הערות נוספות.

נ跳跃 ישירות למסקנה של המאמר:

כוח חישוב

**
| 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	בסיום, נראה שקריאות מ- m = 0 של אורך גל קצר במערכת של לחץ נמוך מובילות לחום מהיר של אيونים לטמפרטורות מרשימות של יותר מ-200 keV. טמפרטורות כאלו נמדדו, האנרגיה מגיעה מהתמרה של אנרגיה מגנטית ב-5 ננו שניות. האيونים חמים את האלקטרונים שמייד פולטים את האנרגיה. בנוסף, קווי הספקטרום הרחבת שמקורם בטמפרטורה גבוהה של אيونים תאפשר עוצמה רדיאטיבית גדולה יותר בגלל ירידה בקרירות. המנגנון המוצע מסביר פנומנונים חשובים למדידת Z pinch, כולל שיווי משקל לחץ במעדנין, היעדר פליטה רדיאטיבית, והעדר ניכור רדיאטיבי.

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

בסיום, נראה שקריאות מ- m = 0 של אורך גל קצר במערכת של לחץ נמוך מובילות לחום מהיר של אيونים לטמפרטורות מרשימות של יותר מ-200 keV. טמפרטורות כאלו נמדדו, האנרגיה מגיעה מהתמרה של אנרגיה מגנטית ב-5 ננו שניות. האيونים חמים את האלקטרונים שמייד פולטים את האנרגיה. בנוסף, קווי הספקטרום הרחבת שמקורם בטמפרטורה גבוהה של אيونים תאפשר עוצמה רדיאטיבית גדולה יותר בגלל ירידה בקרירות. המנגנון המוצע מסביר פנומנונים חשובים למדידת Z pinch, כולל שיווי משקל לחץ במעדנין, היעדר פליטה רדיאטיבית, והעדר ניכור רדיאטיבי.

לסיום, נראה כי אי-יציבותי MHD באורכי גל קצרים, m = 0, בנקודת העצירה בתפוחות נמוכות מספקות חימום מהיר של יונים דרך זריקה, עד לدرجות حرارة רשומות של יותר מ-200 keV. דרגות חום כאלו נמדדו, עם האנרגיה נוצרת מהמרת אנרגיה מגנטית בקנה זמן של 5 ננוסקונדות. היונים חיממו את האלקטרונים שמייד פלטו את האנרגיה בהתפוצצות. יתר על כן, קווי הספקטרום המתרחבים כתוצאה מהטמפרטורה הגבוהה של היונים יאפשרו עוצמה רדיאטיבית גדולה יותר עקב ירידה באופקיות. המנגנון המוצע מספק הסבר סביר למספר תופעות חשובות לדיינמיית Z-pinch, כולל שיווי משקל לחץ בנקודת העצירה, היעדר התמוטטות רדיאלית, וההפרשה משמעותית של קרינה איקס.

המשוואה (1) במאמר מוזכרת כ"נוסחת בנט", שמתוארכת ל-1934 (נזכרת כנמצאת בהפניה (1)). ניתן לשחזר אותה ללא בעיות. היא פשוט מציינת כי לחץ מגנטי שווה ללחץ בפלזמה. לחץ מגנטי מופיע למעלה. לחץ כולל בפלזמה מוגדר כסכום של לחצים חלקים המרכיבים את התרומה

מגז האלקטרונים ne k Te
ומגז היונים ni k Ti

כאשר k היא קבוע בולצמן.

אם Z הוא דרגת האיון,
ne = Z ni

אם בנוסף טמפרטורות מוחלטות מוצגות באלקטרון-โולט ולא במעלות קלווין, עם
k T = e V

אז לחץ בפלזמה נכתב כ:
ni e ( Ti + Z Te )

רואים את האגף הימני של "נוסחת בנט". עוד צריך להוכיח ש:

r הוא אז הרדיוס המינימלי של חוט הפלזמה המחוזה לאורך הציר. בנט מכניס כאן מספר יונים למטר של הלינר Ni.

מה שנותן (בנט, 1934)

הביטוי הזה מזוהר בכך שהרדיוס המינימלי של חוט הפלזמה אינו משתתף. למה?

כשחוט הפלזמה מתכווץ, לחץ מגנטי הפועל עליו גדל כמו ההפכי של ריבוע הרדיוס. אך גם צפיפות היונים גדלה באותה מידה. זה מבטל את זה. מה שמעורר תהייה הוא שההבדל הגדול בין טמפרטורת היונים לטמפרטורת האלקטרונים אינו תלוי ברדיוס הסופי של חוט הפלזמה, שעשוי להיות קטן ככל שנרצה. יש לנו משוואה דיפרנציאלית שנותנת את התפתחות הרדיוס r של הפלזמה לפי הזמן:

ניתן לחשב את צורת העקומות (בהנחה שיש את חוק עליית הזרם I(t), שהוא "קלט" לבעיה. ב原则上, במכונות Z עלייה זו היא כמעט ליניארית, אלא אם טעות). ירידה של r מתחזקת. כלומר, מהירות התפוצצות גדלה ככל ש-r קטן. אם r היה מגיע לאפס, מהירות התפוצצות הייתה הופכת אינסופית. אך כשכתבנו את המשוואה הזו שכחנו משהו: כוח הלחץ שמונע את התפוצצות. יש לשקול זאת. כך שהבעיה פחות פשוטה ממה שנדמה. הלחץ שמונע את התפוצצות תלוי בטמפרטורת היונים. אך לא ניתן למודל אותו, שכן לפי הaines, גידולו תלוי בظاهرة שאנו לא יודעים לשלוט בה: חימום הפלזמה על ידי אי-יציבותי MHD מיקרו.

מסקנה: יש לדעת להפסיק כשנסו למודל ולעזוב את כל הפרמטרים. יש לנו את הנוסחה:

אבל לא ידוע מהי המהירות V של היונים בסיום התפוצצות. הכניסה של מהירות ממוצעת (רדיוס הלינר על זמן התפוצצות) אינה מובנת, מאחר שמהירות גדלה בסוף התפוצצות.

הaines מפנה לניסוי מסוים של מכונת Z, Z1141, שבו מסת הלינר למטר הייתה 450 מיליגרם של חוטי פלדה (4.5 10-5 k/m), מוקמו בשתי טבעות קונצנטריות, הראשונה ברדיוס 55 מ"מ, שמשקלה כפול מהשנייה, ברדיוס 27.5 מ"מ.

כמעט בהמשך, הaines משתמש בערך של Ni (מספר יונים למטר) של 3.41 1020. מסת אטום ברזל היא 9 10-26 ק"ג, אם מחלק 4.5 10-5 k/m במסה זו מקבלים 5 1020. אך הוא מציין שבמהלך התפוצצות 30% מהמסה "אבדו בדרך". לכן אנו מקבלים בערך את המספר שלו.

הוא מציין שמדידות טמפרטורת אלקטרונים נתנו 3 keV בנקודת העצירה, כלומר 35 מיליון מעלות. הוא מציין שהזרם עלה ל-18 מגה-אמפר ב-100 ננוסקונדות. הוא מעריך ש-30% מהמסה "אבדו בדרך", אך 70% הגיעו ליעד. אכן, זה מה שנובע מכל המחקר עם הלינרים של חוטים (תזה של Bavay). במהלך התמוטטות, החוטים "נשכו" כמו קומטיות שמשחררות גז. הם משאירים אחריהם זרם של פלזמה, שמסתה יכולה להרכיב 30 עד 50% מהמסה של החוטים.

עם Ni = 3,41 1020 יונים למטר ו- Z = 26 (ברזל), נשתמש בנוסחת בנט עם מטען יחידה e = 1,6 10-19 (קולון)
mo = 4 p 10-7 MKSA

נחשב ( Ti + Z Te ):

מה שמתאים ל- 3.44 מיליארד מעלות. כשקוטר חוט הפלזמה עובר מינימום, מדידת טמפרטורת יונים היא 270 keV, כלומר 3.12 מיליארד מעלות. בהתחשב בטווח השגיאה, הסכמה זו פשוט נפלאה.

26 ביוני 2006

איך להעריך את טמפרטורת היונים במערך (J.P. Petit, 27 ביוני 2006)

נחזור על הפרטים של הצבת המשוואה הדיפרנציאלית המתארת את הדינמיקה של אלמנט של הלינר שמופעל על ידי כוח אלקטרומגנטי רדיאלי. נחזור על כל זה. קל להוכיח שהשדה המגנטי שנוצר על ידי שטף של חוטים מונחים לפי צילינדר שקול לאותו שדה שנוצר על ידי חוט יחיד לאורך הציר, דרךו עובר כל הזרם. כלומר:

יש n חוטים. בכל חוט עובר הזרם I/n. זהו חוט שמופעל על ידי כוח לפלס, ליחידת אורך:

נשנה M את המסה ליחידת אורך של הלינר. כל עוד החוט לא מתبخח, המשוואה הדיפרנציאלית נוצרת על ידי כתיבה:

כאשר I תלוי בזמן, כמובן. אך זהו נתון של המשוואה.

החלף עכשיו את החוט בגז מתכתי. יותר מדויק, החלף את כל מערכת החוטים בצילינדר של פלזמה, "pinch". הוא עדיין עובר דרך הזרם I. על פני השטח ניתן לחשב את השדה B, שוב לפי אותה נוסחה. אך ניתן גם להכניס כוח לחץ שנועד לעצור את התפוצצות. לחץ זה הוא לחץ יונים

p
i
= n
i
k T
i

אנו לא מוסרים אותו, מאחר שהוא תלוי באנרגיה שהועברה ליונים בדרך שלא נגלה עדיין, דרך אי-יציבותי MHD, לפי הaines. יש לנו את כוח לפלס שמופעל על כל "חוט" או כל סקטור של הפלזמה שמתאים לסקטור 2
p
/ n שהוא תפס. כוח הלחץ שמופעל על הסקטור ליחידת אורך הוא:

אני יכול לקבל את המשוואה הדיפרנציאלית של התנועה על ידי כתיבה:

יש לנו:

בהכניסה למשוואה:

מאחר ולא יודעים להגדיר את התפתחות טמפרטורת היונים עם הזמן, מאחר שהיא תלויה בהערכה חיצונית של אנרגיה, לא ניתן להתקדם יותר, אלא על ידי ניסיון להעריך את ערך טמפרטורת היונים כשתאוצה היא אפס, במצב "עצירה", כאשר התאוצה היא אפס, r" = 0. מקבלים אז:

רואים שטמפרטורת היונים (מדובר בדרגה סודרת בحساب粗略), המתאימה למצב "עצירה", תלויה בריבוע של הזרם החשמלי הכולל I וגדלה כשמספר היונים למטר קטן. לכן, עבור מסה וגאומטריה זהה של הלינר, כדאי להשתמש באטומים כבדים יותר, כמו שהציע עורך מהDAM (המחלקה של יישומים צבאיים), לדוגמה זהב, דק, קל לעיבוד, ארבע פעמים כבד יותר מפלדה. עם הגאומטריה של מכונת Z של סנדיה ניתן לצפות להגיע לטמפרטורה של 10 מיליארד מעלות עם חוט זהב.

אבל עדיין צריך שכולל הפרמטרים יושבו, כלומר שנוכל "לדעת למה זה עבד". מהירות התאדה של החומר יכולה לשמש תפקיד מפתח. ככל שהיא נמוכה יותר, כך הלינר יישאר בצורת חוטים מופרדים למשך זמן ארוך יותר, שומר על אקסיאסימטריה. אם מהירות התאדה של הזהב גבוהה מדי, החלפת הפלדה במתכת זו יכולה להוביל לתוצאות גרועות יותר. אך בכל מקרה יש לנסות. ואפשר לנסות גם עם עוצמה מוגברת. מה יקבלו האמריקאים עם ZR, שיתרחב ל-28 מיליון אמפר במקום 20? באופן לוגי, טמפרטורת היונים צריכה להגיע לערכים גבוהים יותר. אולי חמישה מיליארד מעלות.

אם נאמין בביטוי הזה, שמראה את המגמה של הניסוי, הדרך בה הפרמטרים צריכים לפעול על טמפרטורת היונים בסוף הלחיצה, זה יצביע שעם מערך זהה לזה של מכונת Z של סנדיה, הגנרטור של גרמאט לא יאפשר לעבור 50 מיליון מעלות. אך אפשר לשקול מערך אחר. ראה להלן.

26 ביוני 2006

איך להעריך את טמפרטורת היונים במערך (J.P. Petit, 27 ביוני 2006)

יש n חוטים. בכל חוט עובר הזרם I/n. זהו חוט שמופעל על ידי כוח לפלס, ליחידת אורך:

נשנה M את המסה ליחידת אורך של הלינר. כל עוד החוט לא מתبخח, המשוואה הדיפרנציאלית נוצרת על ידי כתיבה:

כאשר I תלוי בזמן, כמובן. אך זהו נתון של המשוואה.

p
i
= n
i
k T
i

אני יכול לקבל את המשוואה הדיפרנציאלית של התנועה על ידי כתיבה:

יש לנו:

בהכניסה למשוואה:

נחזור לנוסחת בנט. בניסוי של סנדיה טמפרטורת אלקטרונים Te שנמדדה (לפי פליטה של קרינה איקס) היא 3 keV. עם Z = 26 נקבל:
Z Te = 78
לכן הלחץ אינו נובע מהגז של האלקטרונים! נשאר רק למאזן את הלחץ המגנטי (נוסחת בנט) הלחץ של היונים. אך הם חייבים להיות בטמפרטורה של 219 keV, כלומר ... 2.54 מיליארד מעלות! באמת צריך ש:
Ti + 78 (נמדדה) = 296
אבל זה לא כלום. לפני הניסויים האלה, סנדיה עבדה עם "gas puff" – "פוצצות גז" שנשלחו למרכז המערכת ולחצו על ידי הלינר של חוטים.

עם זאת, אותו אי-התאמה במאזן לחץ מתרחשת גם בניסויי Z-pinch עם פוצצות גז [9], שבהם פרופילי צפיפות וטמפרטורה נמדדו בפועל בנקודת העצירה, אך גם בהם נמצאה טמפרטורת יונים גבוהה שלא נסברה עד כה של 36 keV.

למרות כל זה, אותו אי-התאמה במאזן לחץ התגלתה גם בניסויי Z-pinch עם פוצצות גז [9], שבהם נמדדו פרופילי צפיפות וטמפרטורה בנקודת העצירה, אך גם בהם נמצאה טמפרטורת יונים גבוהה שלא נסברה עד כה של 36 keV (3 מיליון מעלות).

[9] K. L. Wong et al., Phys. Rev. Lett. 80, 2334 (1998).

אפילו אם קורא יכול לשלוח לי את ה- pdf של הפניה (9), אבדוק את זה בקרבה יותר.

הaines מוציא את החימום התנגדותי, האפקט ג'ול הפשוט שבו פנה יונאס. הוא מציין לדוגמה שלחימום פינץ' ברדיוס 2 מ"מ ל-3 keV (רק 3 מיליון מעלות) נדרשים 8 מיקרו-שניות!

הוא רואה רק את השדה המגנטי הסביבתי כמקור אנרגיה אפשרי. לכן הוא מציע להזמין חימום של יונים דרך אי-יציבותי MHD באורכי גל קצרים, שיתsu follow בחלוקת שוויון, חימום של גז האלקטרונים על ידי התנגשויות יונים-אלקטרונים, ולבסוף זה יתבטא בהפצה של אנרגיה על ידי האלקטרונים הללו (דרך בראםשטראלונג קלאסי, או קרינת עיכוב, כלומר אינטראקציה עם שדה מגנטי)

מה שממשיך מדבר על טבע האי-יציבותי MHD שנזכרו. אנו מגיעים למשוואה של אנרגיה שכתבו:

k היא קבוע בולצמן ו-neq היא תדירות התנגשויות. CA היא מהירות ההלף, Cs מהירות הקול, a הוא הקוטר המינימלי של הפלזמה. אך הaines כותב את המשוואה אחרת, מכניס את הטמפרטורות באלקטרון-โולט ומעלים את תדירות התנגשויות למשתנה הפוך, הזמן הממוצע בין התנגשויות teq.

ביחס לפלזמות מחוץ לשיווי משקל כמו לדוגמה במנורה של ניאון במטבח שלך תשים לב שפעם זו הטמפרטורה של היונים גבוהה יותר מהאלקטרונים (בעוד במנורה זה הפוך: גז אלקטרונים חם, ניאון קפוא). להלן המשוואה עבור סביבה מחוץ לשיווי משקל כמו מנורה פשוטה של ניאון.

האגף השמאלי מייצג את החימום של גז האלקטרונים על ידי אפקט ג'ול. J הוא וקטור צפיפות הזרם ו-s היא הקונדוקטיביות החשמלית. האגף הימני של המשוואה הקודמת נקראת כך: יש במכנה זמן הילוך חופשי של אלקטרון בניאון, שהפכי הוא תדירות התנגשויות. כשאלקטרונים מעבירים אנרגיה ליונים הם עושים זאת בכוח ומקדם, יחס המאסה, מופיע במשוואה.

אבל כשיאון פוגע באלקטרון, יעילות העברת אנרגיה היא יחידה. לכן מקדם יחס המאסה נעלם, או יותר נכון שווה ... ליחידה. הaines מייצר אז את הנוסחה הקלאסית לחישוב תדירות התנגשויות אלקטרון-יון. אנחנו במצב קולומבי. מוצאים בביטוי את התחום התנגשותי של אלקטרון-יון. אלה שמכירים את תורת המניעות הגזיות יזהו את הביטוי הקלאסי הזה.

החלק שמתאר את היווצרות אי-יציבותי MHD נשאר די מפוקפק, במיוחד בגלל שהפרמטר של הלל של היונים גבוה מ-1.

מה שמשפיע בפרמטר זה הוא תדירות התנגשויות יון-יון.

יונאס כתב לי ש"תורת הaines מסבירה טוב את המצב מחוץ לשיווי משקל", אך אני לא לגמרי משוכנע. נאמר ש"ההסבר" של הaines נשאר מאוד מוקדם ומסכם ב-20 שורות. הוא מניח שהאי-יציבותות משפיעות על היונים וגורמות לחימום זורקי בתוך המedium.

הקורא אולי שואל את עצמו איך אי-יציבותים אלו נראים ואיך הם מופיעים. ההפסד על ידי אפקט ג'ול, ליחידת נפח:

האי-יציבותות המוצעות יוצרות טורבולנציה בצפיפות הזרם. קווי הזרם מתכנסים, מתפשטים, מתכנסים שוב, לפי גלדים ארוכים ש-הaines מציין במיקרונים או עשריות מיקרונים. אלו הן אי-יציבותי מיקרו. אם צפיפות הזרם גדלה באופן מקומי, זה מלווה בהגברת השדה המגנטי, ולהיפך. מדובר בטורבולנציה אלקטרומגנטית, אופיינית ל- pinches. ניתן למצוא תופעות כאלו גם ב... ברקים. רגע של ברק לא מתמשך זמן רב, אך התמונות שיכולים להימשך מרגע של התרסקות ברק מראות טיפות של פלזמה, אחת אחרי השניה. במקרה זה הגז (האוויר) אינו אינטגרלי מ-ionized. כשנוצר הפינץ' של הזרם, צפיפות הזרם גדלה, גם הטמפרטורה האלקטרונית גדלה. זרם הברק הוא קשת חשמלית. המנגנונים שמשתתפים בו מורכבים. גידול בהספק של הזרם החשמלי גורם להגברת הפליטה של חום על ידי אפקט ג'ול. החוט של הפלזמה מתפשט, וכו'.

האי-יציבותי מיקרו המוצעות על ידי הaines הן "אחיות" לאי-יציבותים אלו. מתרחשים פינץ' מיקרו. ערך צפיפות הזרם המקומי גדל, מה שגורם לערכים גבוהים יותר של השדה המגנטי והלחץ המגנטי בקרבתו. הגידול הזה מנסה להגביר את הפינץ'. זהו הבסיס לאי-יציבות עצמית של הפלזמה, לטורבולנציה אלקטרומגנטית. אז יכול לקרות ... כל מיני דברים שרק חישוב יכול לתרגם, ש-הaines לא עשה. לפחות ניתן לומר שהסביבה מורכבת. נניח, לפני שהאי-יציבותות מתחילות לחמם את היונים בפלזמה, שתתיווך טמפרטורה, אלקטרונית ויאונית, שוות, לדוגמה ל-20 מיליון מעלות. פינץ' מתרחש. זה מתבטא בהגברת הטמפרטורה האלקטרונית. האם זה יוצר הפלטות חדשות של אלקטרונים? תלוי ב"זמן מאפיין של איוון". שוב, נתונים, חישוב. אך בניגוד לאי-יציבות ויליקוב, אי-יציבות זו משפיעה על גז היונים, על ידי "זוריקה". פיזיקלית, הפינץ' "מערער" את היונים רדיאלית.

אציין שבקשר לפלזמות אלו הזרם החשמלי הוא זרם אלקטרוני ולא נובע מזרם יונים. הפלזמה מחוברת לאלקטרודות מתכתיות. כשנוצר הפינץ' יש הגברת השדה המגנטי וכוח לפלס, שמבוקע בעיקר על ידי האלקטרונים, שמעבירים את "הדחיפה" ליוונים דרך התנגשויות. הכווץ של חוטי קווי הזרם האלקטרוני יוצר שדה חשמלי רדיאלי שמפעיל על היונים ומשגר אותם גם הם. באי-יציבות זו יש תופעה של טורבולנציה מיקרו שמשפיעה על גז האלקטרונים, שמעביר את "הרעש" לגז היונים. הזמן המאפיין של תרמאליזציה בגז היונים הוא מאוד קצר (37 פיקו-שניות).

אז הוא כותב את משוואת האנרגיה, בנוגע לגז היונים, מכניס בצד השמאלי את ההערכה מהחימום הזורקי על ידי האי-יציבותות;

הזמן המאפיין שמופיע במכנה של האגף הימני הוא זמן הילוך חופשי ממוצע של היונים תחת התנגשויות עם אלקטרונים. זהו "זמן שיוויון", הזמן המאפיין של שיוויון בין שתי הטמפרטורות, יונית ואלקטרונית. הaines מציין אותו כ"כ-5 ננוסקונדות".

שימו לב שהזמן של שיוויון כולל את היחס (mi / me). ככל שהוא ארוך יותר, כך גז היונים וגז האלקטרונים יהיו פחות מקושרים. עבור יונים של ברזל, היחס הוא:

האם ניתן היה לשאול אם במהלך התהליך אפשר להניח שפונקציית התפלגות המהירות במרחב היונים היא ממקסוויל. הaines מוכיח זאת על ידי הצגת ערך של זמן הרלקסציה של תרמאליזציה tii במרחב זה, שהוא מציין כ-37 פיקו-שניות. מאחר שזמן זה קצר בהשוואה לזמן שיוויון, הaines מסקנת שהגז של היונים תרמאליזציה, ממקסוויל. הוא משתמש אז בנוסחה למעלה עם הערכים שהוא בוחר, מה שמביא אותו לאורך גל של אי-יציבותי MHD מיקרו מ-1/100 ל-1/10 מילימטר.

בביטוי זה A היא מסת אטום של ברזל (55.8), a הוא הקוטר המינימלי של הפינץ', I הוא הזרם החשמלי שעובר בקונדוס של הפלזמה (אנו לא מדברים יותר על הלינר של חוטים: הם התארכו לפלזמה).

המשפט המרכזי הוא:

Thus for stagnated Z pinches where
is significantly longer than a / c
the ion temperature will greatly exceed the electron temperature.

וכך, עבור Z-pinch במצב עצירה, אם זמן השיוויון
גדול בהרבה מ-a / c
הקוטר של הפינץ' למהירות אלפבן, טמפרטורת היונים יכולה להיות הרבה יותר גדולה מהטמפרטורה האלקטרונית.

שוב, ביחס לניסוי שנבחר כבסיס, הaines מקבל עבור קוטר חוט הפלזמה ערך של 3.6 מ"מ. עם הערכים הללו הוא מקבל "תוצאה שמתאימה לערכה של 219 keV לטמפרטורת יונים (2.5 מיליארד מעלות קלווין)". הוא מזכיר שהבניסוי סטארן (הפניה 3) נמצא אותו יחס של 3 ל-4 בין האנרגיה החום של היונים לבין האנרגיה הקינטית של הפינץ', אך אז לא נמדדו טמפרטורות יונים. כל ההבדל הוא שכיום המעבדים מוסיפים מדידות כאלו, שיסופרו בהמשך.

עם זאת:

Indeed, without this artificial fix no codes have been able to model these large array diameter experiments. 2D and 3D simulations of wire-array implosions in general [9] require, as input parameters, the wavelength and initial amplitude of modes and a value of the resistivity of the ‘‘vacuum,’’ defined as where the plasma density falls below a given value. In addition, no simulation currently includes ion viscosity (let alone the full stress tensor) or a fine enough mesh to model the short wavelength instabilities proposed here. Often an ad hoc procedure is used to prevent radiative collapse.

למעשה, ללא שיטה קצת ארטיפיציאלית להגדרת הפרמטרים, תוכנות לא הצליחו למודל את הניסויים עם קוטרים גדולים של מערך. סימולציות 2D ו-3D של התפוצצות של מערך חוטים בד"כ [9] דורשות, כפרמטרים קלט, את אורך הגל והאמפליטודת התחלית של המודים, וערך של התנגדות "הווקום", שמוגדר כשצפיפות הפלזמה יורדת מתחת לערך מסוים. בנוסף, אין סימולציה שמכילה זוריקה יונית (ללא מדבר על הטנזור הלחצים המלא) או רשת מספיק דקה למודל את האי-יציבותי אורך גל קצר שהוצע כאן. לעיתים משתמשים בתהליך אד-הוק כדי למנוע התמוטטות רדיאלית.

ההערות האלה מקלות על ההסבר של החימום היוני דרך אינטראקציה עם השדה המגנטי הסביבתי.

מדידות טמפרטורת יונים על ידי הרחבה של קווי ספקטרום, עקב אפקט דופלר, נעשו, גם לאורך הזמן, באמצעות ספקטרומטר קריסטל של LiF שנמצא ב-6.64 מטר מהפינץ'. ראה את המאמר לפרטים טכניים בנוגע לספקטרו הזה. להלן הספקטרום של פליטה:

בפלדה זו שנמצאת בניסוי Z1141, בנוסף לקווי הכרום והברזל שמשולטים, מופיעים גם קווי manganese ונייקל. העריכה של הטמפרטורה מבוססת על קווי ברזל ב-8.49 keV וקווים של מanganèse ב-6.18 keV. המדידות על קווי אלו, למרות שהם חלשים יותר, פחות נפגעים על ידי אופקיות.

במהלך המאמר מוסברת ביטחון של מדידות הטמפרטורה, הבדל הוערך ל-35 keV. להלן התפתחות הטמפרטורה, עוצמת הקרינה והקוטר של הפינץ' עם הזמן.

שימו לב שמקטעי השגיאה המופיעים על שלוש המדידות של טמפרטורת יונים של ברזל לא מופיעים בגרף. אך במאמר קוראים:

שגיאה של 35 keV מוקדשת למדידות הטמפרטורה על סמך אי ודאות במדידת רוחב הפסים.

שגיאה מערכתית של 35 keV מוסיפה למדידות הטמפרטורה, עקב אי ודאות בהערכה של הרחבות הפסים.

הכותבים פשוט שכחו להכניס אותן. לא ניחחלה לזכור שהם שישה. או שרק אחד מטפל בכתיבה והאחרים חותמים, או שכל אחד מוסיף את חלקו – ואז המאמר מקבל מראה של תערובת. על הקורא להחליט. לכן נוסיף את פסי השגיאה.

רואים שהנקודות למדידת טמפרטורת יונים של ברזל נמצאות בתוך פס השגיאה של יוני manganese, וההפך. בגרף, מדידת הטמפרטורה של יוני ברזל עולה מ-200 ל-300 keV, אך מכיוון שהמדידות מתערבבות, לא נלקחה בחשבון הבדל טמפרטורה (של 35 keV) בין אוכלוסיות יוני ברזל ויאוני manganese (בכבודו של יסוד, כנראה). לכן הכותבים מציינים ערכים בינוניים בין 230 keV (2.66 מיליארד קלווין) ל-320 keV (3.7 מיליארד קלווין). אנחנו באמת "מעל 2×10⁹ קלווין", "מעל שני מיליארד מעלות", ולא מעט, שכן הערך המקסימלי מגיע ל-3.7 מיליארד מעלות. יתר על כן, בהתחשב בצורת העקומה, לא בלתי אפשרי שערך גבוה יותר יימדד, אם היו מציינים את ארבעת התמונות הזמינות ב-5 ננוסקונדות מאוחר יותר. ואם עליית הטמפרטורה, הנובעת מהחימום של היונים ש-Haines מנסה להצדיק, הייתה נמשכת – לא היו מדברים על שני מיליארד מעלות, אלא... ארבעה (נזכיר כי בפוצצות נויטרוניות הטמפרטורה עולה ל-10 מיליארד מעלות).

לפי הגיון, בהתחשב באמינות מדידות הטמפרטורה, הכותבים היו צריכים לרשום: "טמפרטורה של 3.7 מיליארד מעלות הושגה", תוך ציון "הערך הרשמי", אך הם נקטו בדיבור שקט יותר: "מעל שני מיליארד מעלות". למה רגש זה... חוסר אומץ? בנוסף, נשים לב:

עם 500 מיליון מעלות – Bingo להרכבה (בלתי מזוהרת) של ליתיום-הידרוגן
עם מיליארד מעלות – Bingo לפיצול (בלתי מזוהרת) של בורון-הידרוגן
עם ארבעה מיליארד – מה? (למי שמתמחה בפיזיקה גרעינית, לברר לי)
אם יום אחד נגיע ל-10 מיליארד מעלות, אז כל תהליכי סינתזה גרעינית המובילים אל האטומים בטבלת מנדלייב יוכלו להתרחש. כלומר – כל ספקטרום היצירה.

התקשרו אליי – אני אלוהים...

אותו גרף, תוך שרטוט התפתחות בזמן: בלבן העקומה הממוצעת, שהוקבלה במאמר.

רואים שהקוטר של הפלזמה עובר מינימום ממש לפני t = 110 ננוסקונדות. יש פליטה של קרני X למשך כ-5 ננוסקונדות. שימו לב לערכי הטמפרטורה המירכוזיות שנמדדו. 300 keV (3.48 מיליארד מעלות) ליוני ברזל ו-340 keV (3.94 מיליארד מעלות) ליוני manganese.

הערה: הנוסחה של Bennet:

mo I² = 8 p Ni ( Ti + Z Te )

נותנת (ראו למעלה) 2.5 מיליארד מעלות לברזל. החישוב מתייחס לניסוי Z1141 (18 מיליון אמפר, לינר של 450 מ"ג), כמו גם לתמונה 1. אך האנליזות והנתונים המוצגים במאמר מתייחסים לשלושה ניסויים (Z1141, Z1137 ו- Z1386).

הערה שלי:

חזור על הכותרת של המאמר של Haines: "מעל 2×10⁹ קלווין", כלומר "מעל שני מיליארד מעלות". בעוד שבעשורים הקודמים, מערכות אלו הועלו ל-1.5 מיליון, 2 מיליון מעלות ומעלה, לפתע המכונה מתפוצצת. הקוראים יכולים להדהד על חוסר פליטה מהפחם. אך (ויקיפדיה) החומר המניע האוסטניטי מכיל מעט מאוד פחמן (פחות מ-0.15%). ראה תיבת מידע.

פלדת סטינלס אוסטניטית מורכבת מ-70% מיצרן הפלדה הסטינלס הכוללת. היא מכילה עד 0.15% פחמן, לפחות 16% כרום וניקל ו/או מanganזה מספיק כדי לשמור על מבנה אוסטניטי בכל טמפרטורה, מהאזור הקרוגני ועד נקודת התהודה של הסגסוגת.

פלדות אוסטניטיות (מבנה קריסטלי מסוים) מהוות 70% מהמוצר. הן מכילות עד 0.15% פחמן (...), לפחות 16% כרום וניקל ו/או מanganזה מספיק כדי לשמור על המבנה האוסטניטי בכל טמפרטורה, מטמפרטורות נמוכות מאוד (קרוגניות) ועד נקודת התהודה של הסגסוגת.

הצגנו את שתי עקומות הטמפרטורה עבור גז יוני ברזל וגז יוני manganese, שמספקות תוצאות שונות. אך מצד אחד, פס השגיאה המצוין ליוני manganese מאפשר להניח שהטמפרטורות הללו עשויות להיות למעשה קרובות מאוד. מצד שני, יוני manganese, אם הם כמעט בעלי מטען זהה לברזל (25 מול 26), הם כפליים קלים יותר (30 מול 58). לכן לא בלתי אפשרי שתחת אי-יציבות MHD, שני הגזים, שקשורים紧密, יראו אפקט של חוסר שיווי משקל קל (12%), ויתרמו טמפרטורות שונות.

Haines: הקוטר של הפלזמה מגיע לערך מינימלי של 1.5 מ"מ 2 ננוסקונדות לפני המכסה של קרני X. הוא מעריך שהרגע שבו מכסה זו מושגת, הצפיפות וה"חלוקת שוויון" צריכות להיות מקסימליות (אני מתבונן בביטוי "הכיוון לשוויון").

נסו להעניק משמעות לעקומות השונות. מה קורה?

יש ארבע נקודות מדידה של טמפרטורה. אחת מוסרת, לברזל, השנייה, בגלל בעיה במדידה. מספר קטן זה מתאים לכל מה שמערכת ההקלטה יכולה לקלוט. כבר מופלא, לא רק שקיים מדידת טמפרטורה, אלא גם יש תחושה על התפתחותה בזמן. עם זאת, אין גישה לערכים לפני t = 105 ננוסקונדות ואחרי t = 115 ננוסקונדות.

הטקסט אומר שהרגע שבו הפלזמה "נעצרת" (השחלה), הטמפרטורה האלקטרונית הגיעה ל-3 keV, כלומר 35 מיליון מעלות. זה אומר שהרגע שבו הטמפרטורה מכסימלית, היא לא תעלה יותר מאשר ב-1/100 מהערך שגעה בטמפרטורת היונים המכסימלית. מכיוון שההספק פוגע בפיגור חזק, יש להניח שההספק לפני t = 105 ננוסקונדות היה הרבה פחות. נראה שהטמפרטורה מתפוצצת, במקדם 9, לקראת t = 115 ננוסקונדות. אך חוק סטפן מראה שההספק הקרני משתנה לפי חזקה רביעית של הטמפרטורה. לכן הפחתה היא ביחס שורש רביעי של 9, כלומר 1.73. זה מעלה את Te ל-3/1.68 keV. אני משרטט את העקומה, בערך:

בשחור – השינוי בטמפרטורת אלקטרונים. בכתום – השינוי בהספק הקרני (חוק סטפן).

ב-t = 105 ננוסקונדות, היונים כבר חמים (T של סדר 200 keV). לכן מנגנון החימום, שחייב להישאר מוסבר, פועל לפני השחלה, כאשר מצב הקרינה מינימלי, שקרה ב-t = 110 ננוסקונדות.

בצורה סכמתית: הפלזמה מתכווצת. ללא תופעה של הובלת אנרגיה נוספת, שחייבת להישאר מוסברת, אך ש-Haines חושב שהיא נובעת ממแปลון אנרגיה מגנטית לחום, הפלזמה הייתה מתכווצת לגמרי, אם טמפרטורת היונים הייתה זהה לטמפרטורת האלקטרונים (פחות מ-20 מיליון מעלות לפני t = 105 שניות).

אבל היונים מותאמים על ידי תוספת זו. טמפרטורת היונים עולה. הקישור בין גז היונים לבין גז האלקטרונים מתבצע בזמן התכופתי של "חלוקת שוויון" teq ש-Haine חישב כ-5 ננוסקונדות. הזמן לעלייה בטמפרטורת האלקטרונים מתאים לכן לערך זה (107–112 ננוסקונדות).

Haines אומר שתהליך החימום של גז היונים מספיק כדי להפוך את הלחץ המגנטי, וה"תנאים של השחלה" מושגים באמת, כי המהירות התכופתית בה משתנה רדיוס הפלזמה היא רק 15% מהמהירות התרמית של היונים. ניתן להעריך את המהירות התרמית של יוני ברזל בין הערכים המינימלי והמקסימלי של הטמפרטורה שנמדדה.

לטמפרטורה מינימלית, 230 keV או 2.66 מיליארד מעלות: = 1066 ק"מ/ש
לטמפרטורה מקסימלית, 320 keV או 3.7 מיליארד מעלות: = 1258 ק"מ/ש

Haines השווה את הערכים האלה למהירות התפשטות של הפלזמה וטען שהיא מייצגת 15% מהערך הזה. ללא קשר לדרך החישוב, על ידי נקודות על העקומה, היא נשארת נמוכה מהמהירות התרמית, מה שנדמה להצביע על כך שהלחץ בפלזמה שיווה את הלחץ המגנטי.

אחר כך, הקוטר של הפלזמה מתחיל להתרחב שוב. למה? כי חימום היונים ממשיך. אפשר לנסות לחשב את ההתפשטות הזו.

יש דבר אחד שאני עדיין לא מבין: למה הטמפרטורה האלקטרונית יורדת, אם גז האלקטרונים צריך להמשיך לקבל אנרגיה מהגז של היונים, שאותו הוא ממשיכה להתחמם, לפחות בטווח הזמן שנמצא לנו?

הבהרה: מהי המהירות התרמית בגז האלקטרונים שהגיע ל-3 keV (35 מיליון מעלות)?

נניח שאנחנו מצליחים להכניס 18 מיליון אמפר דרך חוט פלזמה של מילימטר וחצי קוטר. מהי עוצמת השדה המגנטי ביצירת הפלזמה, ומהי הלחץ המגנטי המתאים? (בהנחה שהמעגל נחשב אינסופי, כמובן)

27 ביוני 2006: בצרפת, רעיון מעניין.

בדף אחר שנכתב על מכונות מנגטוקומולציה, המושפעות מהמכונות הרוסיות של שנות ה-50, ראינו את עקרון המכונה MK-1. לאחר מכן אנשים ניסו עם לינרים לא צילינדריים אלא קוניים. מקבלים "אפקט של מטען פנימי". המסה של הלינר, שמתרכזת על הציר, יוצרת חץ שנורה במהירות גבוהה. אני חושב שהגיעו למהירות של 80 ק"מ/ש. לבדוק. בכל מקרה, כמו שציינה לי Violent, אפשר לשקול מכונות Z עם לינרים לא צילינדריים אלא קוניים. אפשר לצפות לקבל אפקט של מטען פנימי בדרך זו. אפשר לדמיין תצורות שונות. MHD הוא האזור המועדף על פתרונות יצירתיים ביותר. להלן תצורה מורכבת משני חרוטים עם בסיס משותף. אם שני החצים של הפלזמה נוצרים ומבוארים, אפשר לקבל טמפרטורות גבוהות יותר, גם עם מכונה כמו זו של Gramat.

לא ניתן לעשות דבר אחר מאשר לצייר את זה. אפשר לדמיין סימולציות, ובהחלט ניסויים.

יש רעיון נוסף שמשתף: להחליק את הלינר על ביצונט. הרעיון אינו חדש. הנה ציור, המתאים ללינר רציף:

הכפלה על ביצונט

**מספיק להמיר, עם לינר של חוט. **---

16 ביולי 2006. מה ערך פרמטר ההל של האלקטרונים? bi = Wi tii עבור היונים?

Haines, במאמר שלו, אומר שהוא גדול מ-1. הפרמטר הוא יחס בין הגירופריאנציה לבין תדירות התנגשות. לפי Haines, תדירות התנגשות יונית היא בעיקר תדירות התנגשויות יון-יון. ההפכי, זמן הרילקסציה tii, מוצג כ-37 פיקו-סקונדות. זה נותן תדירות התנגשות:

nii = 3×10¹⁰

הגירופריאנציה היא:

גירופריאנציה של יונים

מה שנותן את הערך bi = 0.258 Z לפרמטר ההל של היונים, כאשר Z היא המטען היוני (עד 26 אם היון מושלם). לכן, כפי שציין Haines, פרמטר ההל גדול מ-1. פירוט רב למתמטיקאים.

laplace

נתון נוסף (מקור: http://www.sandia.gov/pulsedpower/prog_cap/pub_papers/023862p.pdf)

הפרופיל המאפיין של הזרם במכונה Z:

הקצרות של העלייה בזרם (100 ננוסקונדות) היא מה שמאפשר את התוצאות במכונת סנדיה. למעשה, התברר שההידוק של החוטים היה איטי יותר ממה שחשבו. לכן, מבנה "הלינר של חוטים" יכול היה להימשך במהלך הכווץ, שומר על הסימטריה צילינדרית, שהיא נעלמת מיד כשעצם, המופרש כחוט פלזמה, מתחיל להתפתל תחת אי-יציבות MHD. כשנסו לכווץ לינר מורכב מגליל מתכת, זה כמעט כמו לנסות ללחוץ על גליל נייר בידך. אני חושב שהצרפתים (המכונה ספינקס) http://www.sandia.gov/pulsedpower/prog_cap/pub_papers/023862p.pdf, מאמר מוצג בספטמבר 2006 בקולוקוויום טומסק, סיביר, זמן מינימלי של עלייה: 800 ננוסקונדות) לא הבינו טוב שהנקודה הזו הייתה קריטית, כפי שציין לי יונס בדוא"ל עוד ב-2006.

17 בפברואר 2008: הבהרה על תגובות פרזיביות קשורות לנוסחה B11 + H1

борון יש 5 מטענים חשמליים, הידרוגן אחד. הפחמן 6 והניטרוגן 7.

הקירור הקרני של הפלזמה מתבצע באמצעות קרינת עיכוב. ההספק הנפלט משתנה לפי ריבוע המטען החשמלי. לכן ההספק הנפלט בקרני X על ידי אלקטרון שמסתובב סביב אטום בורון הוא 25 פעמים גבוה יותר מההספק הפסיד בתנועה סביב אטום הידרוגן (קל או כבד – זה המטען שחשוב).

B11 + H1 נותן C11 + n + 2.8 MeV
זמן חיים של הפחמן C11: 20 דקות. אפשר לפתוח את החדר 10 שעות לאחר עצירת הפעולה.

B11 + He4 נותן N11 + n + 157 keV
הגנה: 20 ס"מ של B10 או 1 מטר מים.

רדיואקטיביות מופעלת באלקטרודה של בריליום: 5 מיקרו-קוריס בשנה (נתונים: קונדנסציה של לערנר)

לפי לערנר, בפיזור אינפוזיבי הזה משתמשים באי-יציבות MHD. תיאורו של המנגנונים הוא הבא: הזרם החשמלי "כמפרש" מנסה בתחילה ליצור צפיפות פלזמה דומה "לברכי המפרש". לאחר מכן, חוטי הפולס מתפתלים לאורך הציר, יוצרים חוט פלזמה. החוט הזה, עקב אי-יציבות קינק, מקבל את המבנה "כמו חוט טלפון מטושטש". לאחר מכן, בתוך מבנה זה נוצרים "פלסמואידים עצמאים" – נקודות חמות בכרך קטן, קטן יותר ממיקרון מעוקב. בתוך הפלסמואידים יש שדה מגנטי עם טופולוגיה טורואידלית. ניסיון של פיצוץ נוסף לאורך ציר הפלסמואיד-טיפת מים. ושם, לפי לערנר, מתרחשים תהליכי הפצה.

18 במרץ 2008: הערה לאחר פרסום מאמר בכתב עיתון Science et Avenir.

העיתונאי דיויד לארוסריה פרסם מאמר בשם "ההישגים של מכונת Z" בפברואר 2008 בכתב העיתון שבו הוא עובד: Science et Avenir. הוא התקשר אליי ושאל איפה יכולתי לקרוא שניסויי סנדיה, בשנים 2005–2006, אפשרו לעקוף לא שני מיליארד מעלות, אלא שלוש. התייחסתי לו למאמר של Haines, מה-24 בפברואר 2006, תמונה 3, שם מופיע במפורש שהטמפרטורה היונית עלה מ-230 ל-320 keV. אם לא טעיתי, 320 keV מתאימים לטמפרטורה של 3.68 מיליארד מעלות.

הוא לא מדבר במאמרו על האפשרות של פיצול אינטגרלי של בורון-הידרוגן, ומסתפק בהתייחסות טכניקת ההלראום. באופן כללי, ההישג הזה בטמפרטורה מוערך מאוד במעגלים הקשורים, קרוב או רחוק, לפרויקט ITER, שם מעדיפים לפספס את הנקודה הזו, תוך שיבוש של מכונת Z למשימות בעיקר צבאיות. למעשה, אם יום אחד יתברר שהעתיד של הפיצול עובר דרך טמפרטורות גבוהות מאוד (מיליארד מעלות), הטכנולוגיה של טוקאמק לא תוכל לעקוב.

במאמרו, לארוסריה מדווח על מה ששמע מהתוויות עם אלכסנדר צ'ובטין, מהמעבדה לפיזיקה וטכנולוגיית פלזמות (LPTP) באוניברסיטת פוליטכני. הוא מציין את הדברים הבאים, שנאמרו:

- לא צריך להתרגש על טמפרטורות אלו. הן קיימות רק לתקופות קצרות מדי, ומבוקרות באזורים לא יציבים. זה מונע את הפיצול, שדורש צפיפות גבוהה של חומר, זמן עיקוף מספיק ארוך ואנרגיה גבוהה.

לפי לארוסריה, צ'ובטין הציע הסבר על האנומליות שהציגה Haines בתחילת המאמר. אני מצייר מה שהדהים Haines:

היו קשיים בהבנת האנרגיה הקרנית בכווץ של Z-מיקרו של חוט, שיכולה להגיע ל-4 פעמים את האנרגיה הקינטית [1,4] (התאריכים של המקורות: 1997–2002, מראים שהבעיה אינה חדשה), וכewise איך הלחץ של הפלזמה יכול להיות מספיק כדי להילחם בלחץ המגנטי בעת השחלה אם טמפרטורת היונים והאלקטרונים שווה. למעשה, תיאורטית, הלחץ המגנטי המיותר אמור להמשיך לכווץ את הפלזמה, ליצירת התמוטטות קרנית. נוצרו תיאוריות להסביר את החימום הנוסף, אך אף אחת מהן לא ענתה על אי-השוויון של הלחץ.

אני מודה שלא מבין את הערה של צ'ובטין. מה שחשוב הוא מה שנובע מהנוסחה של Bennet, שפשוט מראה שהלחץ של הפלזמה מאזן את הלחץ המגנטי. היא מופיעה במאמר של Haines, ואני הסברתי את הדרך (הבהירה מאוד) להצגתה:

נוסחת Bennet

Haines מציין היטב: כדי שפלזמה לא תישבר, יש צורך בטמפרטורה של 296 eV. מה שחדש במאמר של 2006 הוא שטמפרטורת היונים, שسابقا נגזרה מהנוסחה הזו, נמדדה כעת על ידי הרחבה של פס, ותומכת. המאמר של Haines מובן מאוד בהקשר הזה.

מה שמכניס את הערה של צ'ובטין הוא שאפשר לחשוב שהטמפרטורות הגבוהות "עשויות לעניין רק אזורים קטנים מאוד, ובלתי יציבים". אז חושבים על "נקודות חמות" בניסויי לערנר, קשורים לפלסמואידים עצמאים בגודל מיקרומטרי. אם זו הייתה הרעיון, זה אומר שרק נקודות קטנות מאוד של נפח ומסה היו מושפעות בטמפרטורות גבוהות. אך לא צריך לשכוח שהטמפרטורה היא גם צפיפות אנרגיה, בジュל למטר מעוקב. אם הטמפרטורה הייתה משפיעה רק על חלק קטן מאוד של הפלזמה, בנפח ומסה, אז הלחץ היה חייב להיקבע על בסיס הערכה של צפיפות אנרגיה ממוצעת. והנוסחה של Bennet לא הייתה מתקיימת.

לדעתי פשוט יותר, בהתחשב בכך שמדידת הטמפרטורה על ידי ספקטרוסקופיה מתאימה היטב לנוסחת Bennet, להסיק שההעלאת הטמפרטורה נוגעת בכול המסה של חוט הפלזמה, ולא רק בנקודות חמות קטנות.

בנוגע למימוש הפיצול: אנחנו כמובן לא שם, גם אם פיצול D-T כבר מושג באמריקה. אך לא ניתן להכחיש שהZ-pinches כמו מכונת Z מייצגות דרך מאוד מעניינת, בהשוואה למסלולים כבדים ובעייתיים כמו ITER או MEGAJOULE, עם עלות נמוכה ב-2 סדרי גודל וספיקה גבוהה ביותר. מוזר ששני שנים עברו מאז פרסום המאמר של Haines בלי שיתקבל תגובה כלשהי בצרפת, פרט להמשך הניסויים על ה"ספינקס", שבעיניינו לא מוכיחה את עצמה, גם מבחינת חומרה וגם מבחינת אנושות, לחשיבות של האתגר: פיצול אינטגרלי!

16 בפברואר 2009: אחרי תקשורת מרובה עם פיזיקאים של פלזמות חמות ואנשים שעבדו על Z-pinches, נובעים המסקנות הבאות:

המערכות עדיין לא מוכרים היטב. לפי דעה כללית, הפלזמות יהיו מאוד טורבולנטיות, אולי אפילו מוקדמות למשהו כמו מיקרו-טורבולנציה. אכן חשוב להסביר מאיפה בא האנרגיה שנפלטת בצורה של קרני X, שמייצגת משהו ממשי, נמדד, ועולה ב-3–5 פעמים את האנרגיה הקינטית שנאספה על ידי היונים במהלך הנסיעה לכיוון הציר. כפי שראינו, Malcom Haines מזכיר אי-יציבות MHD, אך לא מתאר אותן. אז מזכירים את המילה "ספירומקס", עצמים עצמאים שמתרחשים עקב אי-יציבות זו, ומכילים סגירת קווי שדה מגנטי על עצמם, לפי גיאומטריה טורואידלית. ממדים של עצמים אלו: ניחוש. אנשים כמו Lerner (ניסויי Focus) משתמשים במונח "נקודות חמות". המדידות לא הראו רזולוציה מרחבית וזמן-מרחבית מספיק כדי לזהות את התופעות.

Haines הערכות חימום לפי אפקט ג'ול ומסיק שהוא אינו מספיק להצדיק את עליית הטמפרטורה שנמדדה. אך איך להבין את ההחלפה המוזרה של אנרגיה בין חוט הפלזמה לבין מה שסביבו, שם קיים לחץ מגנטי של 90 מגה-באר, המתאים לשדה מגנטי של 4800 טסלה? כשHaines מעריך את ההפסקה לפי אפקט ג'ול הוא מניח פלזמה מונומורפית. שדה חשמלי מעביר את המטענים. תנועת המטענים נעצרת על ידי התנגשויות עם כל מה שנמצא בפלזמה. בحساب של Haines מדובר ביונים של מיני מינים שונים, והשטח היעיל של התנגשות עלה לפי ריבוע המטען החשמלי שלהם.

הטורבולנציה גורמת לאי-הומוגניות במערכת, במדדים שונים. במכניקה של נוזלים, דיפוזיה טורבולנטית יותר מפוצצת מהתפוצצות למינימלית. ניקח את הדוגמה של פרופיל כנף של מטוס. כשטורבולנציה מתחילה, התנגדות החיכוך על פני השטח עולה. שכבת הגבול גדלה. פנימי-היא מפיקת יותר חום. וכול זה קורה דרך תופעות של מיקרו-טורבולנציה, שלא רואים בעין.

יש דמיון כשחושבים על פלזמה. זרימת הזרם החשמלי, שמוערכת בحساب של Haines כהומוגנית (הנחה פשוטה!), הופכת לא לאמינה. אזורים של אי-יציבות מיקרו-MHD הופכים למכשולים בפני תנועת הזרם. יש עלייה בהעכברית שראשית נרשמת על ידי קריסטיאן נאזט. אך בנוסף, היווצרות של ספירומקס כאלה עשויה להתאים עם התפלגות כאוטית של שדה הטמפרטורה. זו הרעיון של Lerner. בפלזמה שבה הטמפרטורה הכוללת נמוכה מהטמפרטורה הקריטית לפיצול, והתנאים של לואסון לא מתקיימים (ברמה מקרוסקופית), התנאים האלה יכולים להופיע באופן זמני בתוך עצמים קטנים שעדין לא ידועה אורך חייהם.

למרות שעברתי יום שלם במדף עם האסטרופיזיקאי פריץ צוויקי, ממציא הרעיון של סופרנובה ב-1931. פתאום זכרתי את היפותזה שלו על "לטינים גרעיניים", ספירומקס לפני המילה, שדמיין שהם נוצרים בלב השמש דרך אי-יציבות MHD, שדיבר על זה במהלך הלילה על הים.

חזור ל-Z-pinches. חייב להוציא אנרגיה ממקום כלשהו. בידינו יש את האנרגיה המגנטית סביב חוט הפלזמה. נזכיר שהלחץ (כאן, לחץ מגנטי) הוא צפיפות אנרגיה ליחידת נפח. אם יש העברה של אנרגיה לכיוון חוט הפלזמה, זה ייעשה על חשבון האנרגיה החשמלית-מגנטית הסביבתית. אין כאן שום "סוד". אי-יציבות מיקרו שתחלה בפלזמה מגדילה את התנגדותה, יוצרת פליטה נוספת, ובעקבות כך מפחיתה את עוצמת הזרם, מה שפוחת גם את עוצמת השדה המגנטי שקיים מחוץ לחוט. אגמים מתוארים.

אני מכיר היטב את אי-היציבות האלקטרו-תרמית (של וילikhov). זהו סוג של טורבולנציה בפלזמה דו-טמפרטורה, שמביעה תנודות גדולות בטמפרטורת האלקטרונים. מצד אחד, עיבוד הפלזמה כמו מילף-עוגה, עם תחומים חזקים וחלשים של יון, מפריע ליציבות של מפעלי MHD. אבל מצד שני, זה מראה איך אי-יציבות MHD יכולה ליצור באזורים קרובים (כאן בשכבות מישוריות) אזורים חמים יותר, מIONיים יותר (התופעה היא מאוד לא ליניארית). היפותזה על היווצרות נקודות חמות מציעה סכימה אחרת של היווצרות אי-יציבות מיקרו, הפעם ב-3D. בתופעות כה לא ליניאריות, התרחבות בטמפרטורה ובהצפיפות יכולות להיות משמעותיות. לכן אפשר להניח תהליכי "פיצול מיקרו".

לכן מוקדם מדי להסיק שעם מערכות כמו מכונת Z אנחנו "רחוקים מאוד מהיכולת לבצע פיצול". אם נחשוב על פלזמה הומוגנית: כן.

נעבור לשאלה של מדידת הטמפרטורה. ראשית, מה זה טמפרטורה? בתיאוריה הקינטית של גזים, זו מידה של אנרגיה קינטית ממוצעת, עבור מין מסוים. סביבה יכולה להכיל מספר מינים שונים, כל אחד עם טמפרטורה שלו. הטמפרטורות יכולות להיות מאוד שונות. במנורת נירוסת, הטמפרטורה האלקטרונית גבוהה בהרבה מהטמפרטורה של היונים והנייטרונים. אז מדברים על יון לא-תרמי (כאשר האנרגיה מופצת על ידי שדה חשמלי שמגביר את האלקטרונים). אם נעצור את השדה, האלקטרונים מאבדים את האנרגיה בתנגשויות: גז האלקטרונים מתקרר והיון מתפוגג.

אז צריך לחשב תדירות התנגשות אלקטרון-גז. ההפכי מופך לזמן רילקסציה. בפועל, אם נשמור סביבה דו-טמפרטורה על עצמה, התפצלות שוויון תקרה לפי התנגשויות.

השיווי משקל תרמודינמי מלא הוא השוואה של כל הטמפרטורות לערך אחד, והעובדה שההתפלגות של המהירויות של כל מין מקבלת את צורת התפלגות מוקס-בולצמן (עקום גאוס). הפלזמה של מכונת Z היא במצב חוץ-שוויון, בכך שגז האלקטרונים קריר יותר מהגז של היונים. אם נשמיט את ההערכה של אנרגיה שנובעת מאינסטביליות MHD שחייבים למודל (הטורבולנציה המיקרו של הפלזמה), האנרגיה שצריך לקחת בחשבון היא קינטית. כוח לפלס פועל על החוטים של סטינלס, מושכים אותם אחד כלפי השני, בסופו של דבר ב-400 ק"מ/ש. הכוח הזה פועל גם על האלקטרונים. הזרם שזורם בחוטים הוא אלקטרוני, לא יוני. האלקטרונים מובילים את היונים איתם. אי אפשר לפרק את הקבוצות האלה, כמו בני זוג שמאוחדים מדי, למרחק גדול מהמרחק של דיבי. התוצאה היא שהיונים והאלקטרונים מתכנסים ליד ציר הסימטריה באותה מהירות. אך האנרגיות הקינטיות שונות. החלקיקים הקלים מובילים פחות אנרגיה.

Haines חישב אז מספרי רילקסציה שונים, קשורים לסוגי התנגשויות אפשריים.

- יש התנגשויות אלקטרון-אלקטרון

- התנגשויות יון-יון

- התנגשויות אלקטרון-יון

ההעברה של אנרגיה בין שני חלקיקים בעלי מסות שונות היא פרופורציונלית ליחס המסה של החלקיק הקטן יותר, חלוק במסה של החלקיק הכבד יותר. בתוך אותה מין, ההפניות של אנרגיה הן מקסימליות, מכיוון שהיחס הזה שווה ליחידה. הaines מעריך את זמן הקשר ל-37 פיקו-שניות. העקומות מראות זמן אינטראקציה של פלזמה של מספר ננו-שניות ( חמש, בערך ). אני לא יודע מהו זמן המדידה של הטמפרטורה על ידי הרחבת קווי הפליטה. זה חייב להופיע באיזה מקום במאמר של הaines. אם נשוואה את זמן הרלקסציה בתוך אותה מין ( אלקטרונים-אלקטרונים או יונים-יונים ), זמן זה גבוה במערך של גודל אחד מזמן הרלקסציה. זה מספיק כדי להכריע שסוגי היונים ניתנים להצגת על ידי פונקציה של מוקסווול-בולצמן.

המדידה על ידי הרחבת קווי ממוצעת את האפקט דופלר-פיזאו לפי " קו הראייה " כפי שמתארים אסטרונומים, כלומר לפי התפלגות רדיאלית. וזה עוד דרך אחת להתרחק מהאיזון התרמודינמי: האניזוטרופיה. אבל, תאמרו לי, האם חומר גז יכול להציג " מראה תרמי " שונה בהתאם לזוית בה אנו צופים בו? זה קורה מאחור על גל גל מתקף חזק, " פגיעה של מطرقة " שמגיעה לאלומון עם פגיעה ראשונית ניצוץ, ואז במהירות " תרמאליזציה ", התחממות זו מפוזרת בכל הכיוונים, תוך מספר פגיעות. שוב ניתן להתייחס לזמן רלקסציה. במבט מהיר, אני חושב שהאניזוטרופיה צריכה להיות זניחה. אך שוב, כל סיכום מתבסס על הנחות לגבי האופי של המידן הנחקר, בקנה מידה מיקרוסקופי. הוא מוסיף בנוסף את השדה המגנטי ואת הוויסותים המקומיים והזמניים שלו, שלום!

מהי ביטחון ניתן למדידות טמפרטורה על ידי הרחבת קווי? האם אנו מודדים את הטמפרטורה של תת-קבוצה: את אלו ... של נקודות חמות? אנו יודעים שהעוצמה שמשדרת עוקבת את חוק סטפן, שמתבונן כמו העוצמה ברביעית של הטמפרטורה של המקור. סתירה.

זהו המקום שבו יש להפנות את תשומת הלב למשוואה של בנט, לא-השברת של מיתר הפלזמה. רדיוסה עובר מינימום. ברגע זה המדויק, לחץ היונים חייב להאזין לחץ מגנטי, מה שמשפר את הטמפרטורה של 300 keV. קחו קפיסה מנומטרית. היא מספקת ערך לחץ, תוך שילוב של מספר גדול של פגיעות של חלקיקים על פני השטח שלה. שם כבר לא מדובר בחוק סטפן. לחץ במערך הוא סכום לחצים חלקיים. ולחץ הוא גם צפיפות אנרגיה ליחידת נפח. אם המשוואה של בנט מספקת 300 keV, זה נותן ערך ממוצע של אנרגיה של החלקיקים. והערך הזה מתאים ליותר משלושה מיליארד מעלות קלווין, נקודות חמות או לא נקודות חמות.

אני יודע שזה די מבלבל. ניקח את הדוגמה של צינור פלורסנטי. גז קר, אלקטרונים חמים. נבצע מדידת טמפרטורה על ידי ספקטרוסקופיה ( בצלחת פלורסנטית, האור נפלט לא מהגז אלא מהשכבה הפולשת שמכסה את הפנים של הצלחת ). הפליטה של הגז נמצאת ב-UV. האם נוכל להסיק שהגז הוא 10,000°? לא, זה האלקטרונים שבערכם טמפרטורה כזו. אם לא הייתה המשוואה של בנט, היינו נוטים לחשוב שהמדידה שלנו של טמפרטורה על ידי הרחבת קווי היא מוטעית.

כל זה מוביל אותנו למסקנה שיש הרבה מהלך. אני רציתי ( vox clamat in deserto ) להציע את יצירת פרויקט אירופי של Z-pinch. אם LMJ לא יתן את התוצאות הנדרשות, יש להפנות במהירות למשהו אחר, בדרכים זולות יותר.

**הערה אחרונה. **

כשאני היה בקונגרס עלพลס עוצמתיים בווילניוס, ליטא, בספטמבר 2008 ( שם הציגתי שלושה הרצאות, ראו http://www.mhdprospects.com ) התייצבתי, כבר ביום הראשון, מול האמריקאים מטזן ומקי, הראשון היה אחראי על הפעולה ZR ב-سانדיה והשני היה הממונה שלו. נדהמתי לראות אותם לוחצים מיד כשהשאלו אותי על ZR ואמרו:

- המאמר של הaines, מ-2006? הוא טעה, הטמפרטורות היו נמוכות יותר, לפחות במערך של גודל אחד! - אבל, עדיין יש את ההרחבות החזקות של קווי הספקטרום .... - יש איזרלי, ייציק מארון, שחזר את כל זה והסיק שהainen שגוי בהפסקת הספקטרוגרמים. - האם זה פורסם? - לא, לא עשו את זה, כדי לא להכעיס את המלך מלקולם (...)

בערב, כשאני המשכתי, מקי עמד מול קונסולת וסיפר:

*- אני אשלח לمارון מייל, מוליכך, ויום מחר נקבל את הסבריו. *

היום למחר, נפגשתי עם מקי:

- אז, הסברים של מארון? - ה-ה-ה... נעדיף לא לפרסם את זה כרגע; - אבל אתם תיתנו לי לפחות לקרוא את המייל שלו ..... - זה ש-הוא ענה בטלפון (....)

היו הסברים ערבובים ופחות מוכנים.

שני ימים אחרי, מטזן הציג, על הבמה, את התקדמות ZR, מוקדד על היבטים של טכנולוגיה גדולה, עם תמונות מרהיבות. שם למדתי שההפעלות של קרח VII לא נעשו על ידי לחץ פלסטיק אלא על ידי לחץ* פיצוץ*, עם סכמת ניסוי אחרת, שבו הזרם מתחבר כמו " מטרייה ", כלומר עם הזרימה לפי פילר אקסילי ענק ובחזרה דרך לינר עם חוטים, שם מונחים המידן ללחץ, מחוץ. לא קשור לניסויים הקודמים. בסוף ההרצאה ביקשתי את המיקרופון ואמרתי:

יש לנו, בימים הקודמים, דיון שבו שאלתם את ניתוח ה-הaines של מדידות טמפרטורה על Z- מquina, על ידי ספקטרוסקופיה ופורסם ב-2006 ב-Physical Review D. לפי מה שסיפרתם, הטמפרטורה של היונים הייתה נמוכה לפחות במערך של גודל אחד. אמרתם ש-ייציק מארון, מהמכון ויסמן בירושלים, הגיע למסקנה זו. מכיוון שמדובר בנושא חשוב, האם תוכלו להאיר את עינינו?

מטזן:

- ה-ה-ה... זה שאלה טובה

לאחר מכן שעה של שתיקה, שבורת על ידי ראש הסדנה.

בחזרה לברוקסלי שולחתי מייל לישראלי מארון, ששלח תשובה ערבובית, שלא ענתה לשאלותי, וסיפר על הצלחה של הaines. אמר לי שהוא יתחבר ל-سانדיה בימים הבאים.

שלחתי מייל נוסף ל- ג'רולד יונאס, המנהל العلمי של סנדיה, ששלח לי תשובה קצרה ביותר.

*- כן, גם זה מתחבא לי. אבקש ממטזן להבהיר את העניין. *

מאז סוף אוקטובר 2008, שתיקה מוחלטת.

18 בפברואר 2008: על פליזה אינוטרונית

במקרה של פליזה, שני גרעינים חייבים להקרבה לمسافة מספיק קטנה כדי שתתבצע ריאקציה גרעינית. הפיזיקה הגרעינית דומה בנקודה זו לעולם הכימיה. רדיואקטיביות, טבעית או מוגדרת, פירושה פשוט שגרעינים לא יציבים. פליזה היא ריאקציה של פירוק עצמאי, שנותנת גרעינים עם מסות נמוכות יותר משל הגרעין ממנו הם נגזרים. בפירוקי אורניום 235 או פלוטוניום 239, המוצרים של פירוק זה הם עם מסות קרובות למחצית של המסה של הגרעין הראשוני.

יש פליטת ניוטרונים, אשר יכולים, בפגיעות עם גרעינים נוספים של U235 או Pu 239, להחדיר פירוקים נוספים, פירוקים שנגרמים על ידי פגיעות. ניתן אז להתייחס ל- * פירוק עצמי-קטילי. * הגרעינים מחזיקים * חתיכת פעולה*. בידע של זה, ניתן לחשב את המסה הקריטית. זו היא מסת כדור שרדיוסו שווה, בערך, למסלול חופשי ממוצע של ניוטרון, ביחס לפגיעות עם גרעין של חומר פירוקי.

ניתן להקטין את המסה הקריטית על ידי הגדלת צפיפות הגרעינים, על ידי לחץ, שבערוצות מתרחש על ידי חומרי נפץ כימי.

נניח שגז בטמפרטורה מוחלטת T. אם המידן הוא מאוד פגיע ( כלומר, אם המידן נמצא במצב מאוד קרוב לאיזון תרמודינמי עם סטטיסטיקת מוקסווול-בולצמן ), הערך הממוצע של מהירות הפעולה החום של האלמנטים יינתן על ידי הנוסחה המצוינת למטה. כמה ציורים ונוסחאות מאפשרים להבין, באופן סכמטי, את מושג * חתיכת פעולה של פגיעה* ( המובילה כאן לرיאקציה גרעינית ) ותדירות פגיעה ( של הריאקציה הגרעינית המבוקשת ). כאן אנו מפחיתים את מהירות היונים של מסה m לערך הממוצע . אנו מתייחסים לכך שכל מה שנשלף במעבר ב" רשת " המורכבת מחתיכת פעולה יוביל לاحتمال ריאקציה שווה ל-1, ושהاحتمال הוא אפס עבור מה שנמצא מחוץ.

תדירות פגיעה

**תדירות פגיעה, זמן אופייני של ריאקציה **( של פליזה )

אבל זה לא מספיק שתדירות הפגיעות תהיה מספקת, שהזמן האופייני של הריאקציה יהיה נמוך מהזמן של אינטראקציה. יש גם צורך שטמפרטורת היונים תהיה גבוהה מספיק כדי שיתאפשר להם, בדרכם במהירות ממוצעת , לשקף את * חסם קולומבי*, רדיאלי, שמונע את קירוב שני יונים מטענים חיוביים. זה מוביל, לדוגמה, למשולש דיאוטריום-טריטיום D-T, לטמפרטורה בין 100 ל-200 מיליון מעלות, טמפרטורה שפיזיקאים מעריכים לרוב ב-keV, לפי הנוסחה

e V = k T

e היא המטען החשמלי של האלקטרון, כלומר 1.6 10-19 קולון

k היא קבוע בולצמן = 1.38 10-23

כך שאלקטרון-וולט שווה ל- (e/k) מעלות קלווין, כלומר 11.600 ° K

בגלל שמדובר בגדלים, אנו מחליפים אלקטרון-וולט ב-10,000°K. לכן טמפרטורת היונים חייבת להיות בין 10 ל-20 keV .

כדי שריאקציות פליזה יתחילו, יש צורך שהמגדרים של לויסון [http://fr.wikipedia.org/wiki/Crit%C3%A8re_de_Lawson] יתאימו.

חישוב לוויסון

פונקציה L תלויה בטמפרטורת הפלזמה. חתיכת פעולה Q(V) תלויה במהירות היחסית של הגרעינים ומכאן במהירות ממוצעת , כלומר בטמפרטורת היונים.

עקומת לוויסון

עקומת לוויסון

הריאקציה דיאוטריום-טריטיום היא נייטרונית. ידועים כבר זמן רב ריאקציות שלא הן. ראו פליזה אינוטרונית.

רק מספר מוגבל של ריאקציות פליזה מתרחשות ללא פליטת ניוטרונים. הנה אלו עם חתיכת פעולה גבוהה ביותר.

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

השניים הראשונים משתמשים בדיאוטריום כเชזב, אך ריאקציות משניות 2D-2D יוצרות כמה ניוטרונים. למרות שהחלק של האנרגיה הנשאת על ידי ניוטרונים יכול להיות מוגבל על ידי בחירת פרמטרים של הריאקציה, החלק הזה יישאר ככל הנראה מעל לשיעור של 1%. לכן קשה להתייחס לرיאקציות אלו כאל אינוטרוניות.

המאמצים נרכזו על הריאקציה האחרונה. אם הריאקציה המוזכרת לא יצרת ניוטרונים, ריאקציות משניות הן נייטרוניות. אם נibase על זמנים של רלקסציה שנמדדו על ידי הaines, אם יש הבדל בטמפרטורה של גורם של 100 בין גז אלקטרונים לבין גז יונים ( אותו היה במציאות " חוסר איזון הפוך ", חם יותר ), עדיין ניתן להתייחס לכך שהאוכלוסייה היונית היא במציאות קרובה לאיזון תרמודינמי, סביב טמפרטורתה, שהיא פלזמה תרמית. אז יש ריאקציות נייטרוניות הבאות:

11B + alpha → 14N + n0 + 157 keV ( אקסו-אנרגטי )

11B + p+ → 11C + n0 - 2,8 Mev ( אקסו-אנרגטי )

האיזוטופ של פחמן הזה יש חצי-חיים של 20 דקות.

חלק מהאנשים חישבו את האנרגיה שמשוחררת על ידי ריאקציות אלו כ-0.1% מהכול.

יש גם ריאקציה שמייצרת גמא:

11B + p+ → 12C + n0 + γ 16 MeV

הריאקציה הזו יש סיכוי של 10-4 ביחס לריאקציה שמייצרת אלפא.

לבסוף, יש ריאקציות נייטרוניות של בור-דיאוטריום או דיאוטריום-דיאוטריום:

11B + 2D → 12C + n0 + 13,7 MeV

2D + 2D → 3He + n0 + 3,27 MeV

, אשר ניתן להוריד על ידי שימוש במתכת איזוטופית נקייה.

הרכיב העיקרי של המגן יהיה מים כדי להאט ניוטרונים מהירים, בור כדי לבלוע אותם, ופליזה כדי לבלוע קרינה איקס עם עובי כולל של כמטר;

הטמפרטורה הנדרשת כדי שהריאקציות בור-הידרוגן יתחילו היא עשר פעמים גבוהה יותר מהמיזוג דיאוטריום-טריטיום. בנוסף, יש שאלה של ריאקטיביות מיטבית. עבור מיזוג זה, היא נמצאת סביב 66 keV ( 730 מיליון מעלות ). עבור בור-הידרוגן, זה מוביל ל-600 keV ( 6 מיליארד מעלות ). עם זאת, ראינו שקבלת טמפרטורות גבוהות מאוד אפשרית עם Z- מquina, תוך התשובה שטמפרטורה מירבית שהגיעה עלו כמו ריבוע של עוצמת הזרם. לפי לוגיקה זו, הטמפרטורה ש-ZR יכולה להגיע אליה היא 9 מיליארד מעלות.

אין מידע זמין על היכולות שהמכונה חצתה מאז שהכניסה להפעולה

בשלב זה יש להימנע מלהתקדם יותר מדי, בכל צד. הפלזמה החמה של Z- מquina אינה כמו של טוקאמק. נוסיף גם שבעיקרון של " נקודות חמות " עדיין לא מובן תיאורטית. דעתי האישית היא שברצוננו להתייעץ בדרכו של האמת, כלומר לניסוי. נציין שעלות של Z- מquina היא שני סדרי גודל נמוכה משל ליוויאן של פליזה כמו ITER. בנוסף, המכונה יש לה גמישות שלא יש לה. בתחילת 2008 נפגשתי במשרד המחקר והתעשייה אדוארד דה פיריי, נורמלן צעיר, מומחה מדעי של ואלרייה פקארס. כשנפגשתי איתו, הוא הודה מייד שלא היה לו זמן לקרוא את הדוח, למרות שהוא קצר וברור, ששלח לו. שלחתי לו עותק של ההודעה שסמירנוב הציע לשלוח, בתנאי שיתקבל שם משלוח. ביקשתי מ-דה פיריי לשקול עם מנהלته אם היא תסכים לרשום את שמה בرسالة, כמונח.

ההפעולה נשארה ללא תשובה. גם עבור בקשה למכסה את השתתפותי בקונגרס הבינלאומי של וילניוס, ליטא, עלพลס עוצמתיים, נאלצתי לבוא במחירים שלי בספטמבר 2008.

יש לציין שדרך Z-pinches אינה מופיעה במאגר הפרויקט שה côngה הפרסמה לאחרונה על ידי הממונה. אני משאיר למשתמש להציע את ההנחות שלו לגבי הفشل בדרכו.

אני חושב שевראופאים חייבים להקים בזריזות קבוצה מחקרית, תוך שיתוף פעולה צפוף עם הרוסים, שבעיקרון הם מומחים. זה יהיה מומלץ, ואפילו דחוף, לשים קצת כסף על השולחן ולהקים מכונה עם מטרה מدنית, זמינה לכולם, ממוקמת במדינה " נייטרלית " ( במשמעות טכנולוגית-علمية ). Z- מquina הצרפתית, המכונה ספינקס, ממוקמת בגרמט, בלאט, אינה ניתן לשיפור. עם זמנים של פליטה של 800 ננו-שניות המכונה הזו איטית מדי. אני חושב גם שזה שגיאה גדולה להטיל את הפרויקט תחת השגשוג הביטחוני, בגלל מספר סיבות. ברור, דרך זו, הופעת בומבות פליזה טהורה הופכת " לא בלתי אפשרית ". הרוסים הם מומחים לניהולพลס עוצמתיים, כאשר האנרגיה הראשונית היא נפץ. בתקופות מסוימות, המערביים מגלה, לעיתים בהלצה, רעיונות חדשים שנוצרים מעבר לוראל, שמשנים את המבנה, כמו אלו של מנועי דיסקים.

השאיפה ליצירת זרמים חזקים מתבצעת על ידי לחץ, באמצעות נפץ, במערה שבה נוצר שדה מגנטי חזק. אך נפצים כימיים גורמים ל מהירות פיצוץ מוגבלת. אם נחלק את הממד האופייני של המבנה במהירות זו, נגיע לזמן שקשה לרדת מתחת למספר מיקרו-שניות. זה הרבה יותר איטי מנוסח שמקורו ב- Z- מquina, שזמן זה לא יכול לחרוג מ-100 ננו-שניות. במערכת מסורתית, הכוח של הפליטה צובר עם נפח המבנה. הרוסים עקפו את הבעיה על ידי פשוט להעניק לו את צורת של ... אקורדיון. תארו לעצמכם אקורדיון שבו החוץ הוא מונח בתוך נפץ, מוצק לצדו של החדר. הנפח הכללי יכול להיות גדול, בעוד ש grosse של הלחץ נשאר, בכל תא, די נמוך. היבט זה מוזכר בצד האנגלי של ויקיפדיה.

הממשלנים מפחדים מאוד ממאפיינים " פלוריפרנטיים " של טכנולוגיה זו, שבה הפעלת ריאקציות פליזה לא עוברת את שלב, טכנולוגי-מיטיב, של עשירות איזוטופים. אבל מה לעשות? שום דבר? כוכב הלכת שלנו בקצה של קרע, בגלל חוסר משאבים אנרגטיים. תגיד לציינים והאינדיאנים שיתנו חיסכון!

הבחירה היא פוליטית, בקנה מידה עולמי. הערה אחרונה על ITER ו-Mégajoule:

ג'ילס דה ג'נס, לפני מותו, היה אחד ממי שהעניקו את המגוון של ההסברים המונחים על הפרויקט ITER בעייתי, אלא אם יתפסו אותו כ- תוכנית חברתית או דרך, לאלפים של מחקרנים, מהנדסים ותיקים, לסיים את הקריירה שלהם בחלק מהתבלינים של העולם, הנמצא הכי טוב. דה ג'נס היה ספקני מאוד בקשר ל能不能 של האימר הסופר-קונדקטור של ITER, שנמצא הכי קרוב לאליפסה של הפלזמה, לשרוד זמן ארוך מול פגז ניוטרוני. הוא ציין שאין שום מחקר מוקדם על זה, שזה היה קל, בקנה מידה של מודלים מונחים בזרם ניוטרוני. אך התוצאה הייתה אולי להפסיק את הבנייה של הכנסיה האמיתית הזו לمهندסים.

שניה: הפלזמות של פליזה הן פגיעות, אלו הן פלזמות תרמית, קרובות לאיזון תרמודינמי. התפלגות מהירויות היונים היא לכן של סוג מוקסווול-בולצמן, עם זנב של התפלגות בולצמן, שמכיל יונים מהירים:

זנב של התפלגות בולצמן

**יונים מהירים בזנב של התפלגות בולצמן **

היא יעברו בהכרח את שדה המגנט המניע. בפגיעות בקירות ובעצמים אחרים המרכיבים את המבנה, הם יפרידו אטומים חמים.

הכשלת הפלזמה של ITER

**הכשלת הפלזמה של פליזה ב- Tokamak, קשורה לפליטה של יונים חמים מהקירות **

אלה, שיתאפשר להם ללהט מיידית, ולקבל מטען Z, ויהיו גם תחת השפעת גרדיאנט של לחץ מגנטי, יתנו ללב של הפלזמה ולכבות אותה. אך הפסדי קרינה הקשורים למשיכה בין אלקטרונים של הפלזמה ויוונים ( קרינה של עיכוב או Bremstrahlung ) צוברים כמו ריבוע המטען החשמלי של היונים Z.

פסדי קרינה של עיכוב

**פסדי קרינה על ידי אינטראקציה אלקטרונים-יוונים **( קרינת עיכוב )

אף אחד לא רואה איך לעצור את ההכשלת הפלזמה על ידי יונים חמים, או איך לנקות את זה. גידול הפסדי קרינה יגרום לירידה בטמפרטורה ולבניין הפלזמה של המתח של המאה השלישית יתאכזב. כשאני הציגתי את השאלה זו, בפגישות ציבוריות עם אנשים מ-ITER, התגובה היחידה שלהם הייתה:

*- זו שאלה טובה..... *

אם לשאול אם המכונה ITER תאפשר ריאקציות פליזה בקצב חשוב וمستمر, ייתכן שהתשובה תהיה חיובית, בקנה מידה של זמן קצר. אך אם השאלה היא " האם סוג כזה של מכונה יצליח בסוף להוביל למכונה פועלת ותתמודד עם בעיות האנרגיה של האנושות? " , אני חושב שהתשובה חייבת להיות שלילית.

אעשה הערה נוספת, בנושא פליזה פולסית. היא מתאימה ל- המרה ישירה. הפלזמה של פליזה מתפשטת. אם זה קורה בשדה מגנטי, כיוון שמספר ריינולדים המגנטי הוא גבוה מאוד, יש " סגירת זרימה " וזרם מושרה. יעילות: 70%. אין חלקים ניידים. למה להרשים את עצמנו עם מחליף חום, טורבינה של אדים. למה לא גלגל שיניים, בזמן שמדובר? אני מאמין ב- שני-זמן פליזה, בסוף. יש פתרונות אחרים לפליזה פולסית. לא נגענו אפילו בבעיה.

יש בטבע מערכות שממשות פליזה פולסית. אלו הם קואזארים. אני לא חושב שהאנרגיה מגיעה " מהתבוננות של חור שחור ענק ". פליטת מטריקות משותפות של שני עולמות דומים יוצרת גל מתקף מרכزي, בغاز בין כוכבי. כבר תיארתי את זה ב- " איבדנו חצי מהעולם ", שפורסם ב-1997 ב- Albin Michel. שפעת מדיה מוחלטת. הגז מכווץ במעברו, לא יציב. כוכבים צעירים נוצרים שמשדרים ב-UV, Ionize את הגז בין כוכבי. מספר ריינולדים המגנטי עולה וגל הגז מוביל את קווי השדה של הגלקסיה ( frozen in ), כמו חקלאי שמכסה חיטים. הפליטה מסתיימת בפיגול של פלזמה קטנה בקנה מידה של גלקסיה, אך התנאים של לוויסון מתקיימים במסה ולא בלב, כמו בכוכב. לכן יש עצמים ש" קטנים כמו כוכבים, מקרינים כמו גלקסיה". הפלזמה מוצצת לפי שני לובים, לאורך כיוון השדה המגנטי הדיפולרי. גרדיאנט של שדה מגנטי מואץ על חלקיקים מטענים על פני מאות אלפים של שנות אור. כך נוצרים " קרני קוסמיים" במכונות פליזה טבעיות גדולות.

כשפליטת מטריקות משותפות מתרחשת ככישלון של אינטראקציה, הגלקסיה .. פוצעת. אלו הן גלקסיות לא מונוטוניות, עליהן האסטרופיזיקאי האנגלי הידוע סיר ג'יימס ג'ינס ( ממציא ה אי-יציבות ששייכת לו, כמו גם המשוואה שמתארת אותה ) אמר:

*- הצורות לעיתים קרובות מופלאות ומשונות של גלקסיות מזכירות את הכוחות ענקים, עליהם אנו לא יודעים כלום. *

בנוגע למכונה LMJ ( Laser Mégajoule ), לא נאמר ניכר, אלא בהפיכת השיר הרגיל ( " השמש בפלטת ", " תחום מחקר לפליזה אסטרופיזיקית" ) שהכלי הזה לمهندסים צבאיים ניכר בנסיעה לסיום בעיות האנרגיה של הפלנטה.

חזרה למדרגה חזרה לדף הבית

יותר מ-2 מיליארד דרגות! ניתוח של המאמר של מלקולם הינס (אפריל 2006)

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

Mots-clés