Lebih dari dua miliar derajat! Analisis kertas Malcolm Haines (April 2006)

Lebih dari dua miliar derajat!
Artikel Malcolm Haines

Dirilis pada 24 Februari 2006 di Physical Review Letters

Diperbarui pada 16 Juli 2006 (data di bagian bawah kurva kenaikan arus di Z-machine)

****Pembaruan 18 Maret 2008. Setelah artikel terbit di majalah Science et Avenir

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

besi

Mesin Z Sandia

Kurva kenaikan suhu

array kawat

Laplace

kandang burung

pembentukan kulit

implosi pada bicone

evolusi kecepatan dalam liner kawat

Untuk non-sains

Pembaca bertanya apakah suhu ion yang melebihi dua miliar derajat benar-benar telah diukur. Jawabannya adalah ya. Namun, fenomena membingungkan telah diamati sejak 1998 dalam eksperimen kompresi plasma menggunakan Z-machine. Eksperimen ini melibatkan berbagai konfigurasi. Misalnya, ketika "kandang burung" mengalami implosi, mereka menyemprotkan "gas puff", yaitu semburan gas tepat di pusat, yang kemudian terkompresi. Emisi sinar-X memungkinkan pengukuran suhu elektron. Plasma adalah campuran dari dua spesies: ion berat dan elektron ringan. Dalam "plasma besi", dalam bentuk "besi terionisasi", inti

(56 nukleon, 26 proton) jauh lebih berat daripada elektron (inti terdiri dari "nukleon" dengan massa sangat mirip: proton dan elektron. Elektron 1850 kali lebih ringan daripada proton).

Tabung neon juga mengandung "dua spesies ini", elektron dan ion neon (meskipun dalam kasus ini ion neon belum sepenuhnya kehilangan "kulit elektron" mereka). Saat tabung menyala, ia berisi campuran "dua suhu" di mana gas yang terdiri dari atom dan ion neon tetap dingin. (Anda bisa menyentuh tabung dengan tangan), tetapi "gas elektron" jauh lebih panas, mencapai 10.000°C. Mengapa Anda tidak merasakan panas ini? Karena elektron, yang miskin, terlalu hemat untuk mentransfer energi panas kepada Anda. Namun mereka memiliki cukup energi untuk mengexcitasi lapisan fluoresen di dalam tabung melalui tumbukan. Inilah alasan mengapa mereka disebut

tabung fluorescent

. Fluoresensi adalah kemampuan menyerap radiasi dan memancarkannya kembali pada frekuensi berbeda. Misalnya, fluorescein menyerap radiasi matahari dan memancarkan cahaya hijau. Kemeja nilon bisa menyerap radiasi ultraviolet dan memancarkan cahaya tampak (ini adalah "cahaya hitam" di klub malam mewah), dll. Lapisan putih di dalam tabung neon ditembak oleh elektron yang energinya sesuai dengan rentang UV, tetapi saat menabrak zat penyusun lapisan ini, mereka memicu pemancaran cahaya tampak. Lapisan ini dirancang sedemikian rupa sehingga cahayanya mendekati cahaya tampak sebisa mungkin. Namun tidak sepenuhnya. Inilah alasan mengapa cahaya neon terasa begitu "aneh".

Yang perlu diingat adalah bahwa bisa ada lingkungan "dua suhu". Alasannya adalah medan listrik yang ada dalam tabung, yang terkait dengan penerapan tegangan pada elektroda, secara prioritas memberikan energi kepada elektron, yang kemudian mentransfernya ke ion melalui tumbukan. Namun karena transfer energi antara gas elektron dan gas ion tidak efisien, bisa terjadi perbedaan suhu yang sangat besar. Hal ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa medium tersebut sangat tipis. Jika tabung bocor dan tekanan meningkat, "keadaan tidak seimbang" ini akan segera hilang. Gas elektron yang kuat terikat pada ion akan segera mendingin. Maka elektron, yang kurang "goyah" (suhu absolut dalam gas berkaitan dengan gerakan agitasi termal), kembali tenang ke atom yang kemudian terdesionisasi dan menjadi netral kembali.

Eksperimen Z-machine menghasilkan situasi yang sangat aneh. Ada dua spesies yang hadir:

Gas elektron
Gas ion (dalam baja tahan karat, terutama inti besi yang bermuatan positif)

Ketika orang-orang sejak 1998 mencoba menjelaskan pengukuran mereka, mereka hanya memiliki akses ke suhu elektron, dengan melakukan pengukuran pada sinar-X yang dipancarkan. Mengapa gas elektron menjadi sumber utama radiasi ini dalam eksperimen? Karena di sekitar plasma terdapat medan magnet sangat tinggi. Ketika elektron, yang melaju dengan kecepatan 40.000 km/s, memasuki wilayah dengan medan magnet intensif ini, mereka berputar spiral. Maka mereka "berteriak", memancarkan "radiasi perlambatan". Dengan melakukan pengukuran terhadap sinar-X yang dipancarkan ini, para eksperimen mengukur suhu gas elektron: 35 juta derajat dalam eksperimen yang dibahas dalam makalah ini.

Namun dengan menggunakan rumus (hubungan Bennett), jika mereka mencoba memperkirakan suhu ion besi yang diperlukan untuk menyeimbangkan tekanan magnetik luar yang sangat besar, mereka harus mengakui bahwa suhu tersebut harus jauh lebih tinggi. Sejak 1998, terlepas dari eksperimen apa pun yang dilakukan, perbedaan suhu antara keduanya menjadi jelas. Nilai-nilai tinggi ini diperlukan agar plasma tidak langsung hancur oleh tekanan magnetik. Jadi ini mengisyaratkan keadaan tidak seimbang (dalam kesetimbangan termodinamika, semua suhu spesies dalam campuran gas sama) — kondisi dua suhu terbalik dibandingkan tabung neon, di mana kali ini gas ion lebih panas daripada gas elektron.

Catatan sederhana: apa yang menciptakan "kesetimbangan termodinamika"? Ini adalah pertukaran energi antar partikel melalui tumbukan. Energi misalnya adalah energi kinetik

. Mengapa indeks i? Karena plasma adalah campuran dari spesies berbeda, v

adalah kecepatan agitasi termal dan

adalah "kecepatan kuadrat rata-rata". Jadi

adalah

energi kinetik rata-rata

dalam spesies yang dipertimbangkan. Ini adalah definisi suhu absolut, yang mengukur energi kinetik rata-rata (agitasi termal) dari spesies tertentu menurut hubungan:

di mana k adalah konstanta Boltzmann, bernilai 1,38 × 10

Dalam tumbukan, partikel bertukar energi. Fenomena ini cenderung menuju pembagian energi yang merata. Ketika hanya melibatkan energi kinetik murni, berbagai spesies cenderung memperoleh energi kinetik agitasi termal yang sama. Maka suhu absolut

sama:

Misalkan dua partikel dengan massa berbeda m

dan m

dan misalkan i adalah yang lebih ringan.

Teori kinetik gas

mengatakan bahwa laju transfer energi kinetik dalam tumbukan sebanding dengan rasio

Jika massa sangat berbeda, kita perhatikan bahwa pada suhu tertentu (cukup tinggi agar medium terionisasi, ada elektron bebas), perbedaan massa menyebabkan kecepatan agitasi elektron dan ion sangat berbeda. Ambil contoh plasma hidrogen deuterium-tritium, dengan massa atom rata-rata 2,5 (2 untuk deuterium, 3 untuk tritium). Bayangkan gas ion berada pada suhu 100 juta derajat (dalam tokamak). Kecepatan agitasi termal akan:

sekitar (3 k T

Sebuah proton memiliki massa 1,6 × 10

Massa rata-rata ion hidrogen adalah 1,6 × 10

× 2,5, yaitu 4 × 10

Kecepatan agitasi termal rata-rata ion hidrogen dalam tokamak adalah sekitar 10

m/s atau

seribu kilometer per detik

. Angka menarik yang perlu diingat. Dalam tokamak, kesetimbangan termodinamika terjadi. Suhu gas elektron sama dengan suhu ion. Tetapi kecepatan agitasi elektron lebih tinggi daripada ion, dalam inversi akar kuadrat dari rasio massa.

Massa elektron adalah

= 0,91 × 10

Dalam plasma hidrogen berat, rasio massa adalah 4400, dan rasio kecepatan agitasi termal adalah akar kuadrat dari angka ini, yaitu 66. Maka kecepatan agitasi termal elektron dalam tokamak adalah 66 kali lebih tinggi daripada ion, sehingga mencapai 66.000 km/s atau sekitar 20% kecepatan cahaya. Catatan sederhana.

Dalam plasma besi Z-machine, rasio massa mencapai 100.000. Dalam plasma besi seimbang, rasio kecepatan termal antara elektron dan ion besi adalah 316. Namun seperti yang akan kita lihat nanti, plasma besi Z-machine sangat jauh dari kesetimbangan. Perbedaannya dengan tabung fluorescent adalah kali ini suhu elektron 100 kali lebih rendah daripada suhu ion. Jadi ini adalah jenis plasma baru

dalam keadaan tidak seimbang terbalik

Ini adalah lingkungan baru, kurang dipahami, yang perlu dieksplorasi. Sebenarnya seperti wilayah liar bagi eksperimen dan teoretisi. Z-machine pada dasarnya adalah generator listrik kuat:

Z-machine Sandia sebelum 2007

( telah dimodifikasi sejak itu dan diubah menjadi ZR, Z "diperbarui")

Menghasilkan impuls arus 18 juta ampere dalam waktu 100 nanosekon. Satu nanosekon adalah satu miliar bagian dari detik. Arus listrik meningkat secara linier: Kurva kenaikan arus listrik di Z-machine (analog pada ZR)

Z-machine ZR, beroperasi sejak 2007, mampu mencapai 26 juta ampere, tetap dalam waktu 100 nanosekon

Z-machine mengirimkan arus ini ke "liner kawat", semacam kandang burung setinggi 5 cm dan diameter 8 cm, terbuat dari 240 kawat baja tahan karat, lebih tipis dari rambut:

Konstruksi "liner kawat"

Dalam setiap kawat mengalir arus:

75.000 ampere

Setiap kawat menciptakan medan magnet yang berinteraksi dengan kawat tetangga menurut gaya Laplace I B. Gaya-gaya ini bersifat sentripetal dan cenderung mengumpulkan semua kawat sepanjang sumbu sistem.

Gaya Laplace cenderung mengumpulkan kawat sepanjang sumbu sistem

Gambar yang sangat menarik bagi Gerold Yonas, penemu mesin ini

Saat menyatu, kawat logam menguap perlahan:

Pembentukan kulit plasma

( disertasi Mathias Bavay )

Struktur berupa kumpulan kawat ini mempertahankan asimetri sumbu dan mencegah munculnya ketidakstabilan MHD. Pendapat terbagi mengenai perilaku liner kawat selama implosi ini. Kawat dikelilingi oleh lapisan plasma besi. Eksperimen menunjukkan bahwa kawat meninggalkan "ekor komet" di belakang yang mewakili 30% massa mereka.

Skema implosi ini dapat dihitung (lihat lebih lanjut). Jari-jari kandang adalah 4 cm dan waktu 100 nanosekon, maka kecepatan konvergensi rata-rata adalah 400 km/s. Sebenarnya ada percepatan tepat sebelum kontak. Kecepatan ion sebelum tabrakan berkisar antara 550 hingga 650 km/s. Pertahanan asimetri sumbu membuat plasma besi menjadi kabel berdiameter 1,5 mm pada akhir implosi.

Ion dan elektron bergerak menuju sumbu dengan kecepatan yang sama. Tidak mungkin memisahkan dua populasi karena gaya elektrostatik kuat yang mengikat mereka. Ketika partikel ini, ion besi dan elektron, saling bertabrakan di dekat sumbu, terjadi thermalisasi, artinya secara prinsip energi kinetik akibat kecepatan radial dibagi merata ke semua arah. Ini berlaku untuk ion maupun elektron.

Sementara itu, abaikan dulu elektron dan bayangkan populasi benda dengan massa sama seperti ion besi yang berada di dekat sumbu dengan kecepatan 650 km/s.

Massa ion besi adalah 9 × 10

Kita tulis:

V = 600 km/s

Kita dapatkan suhu ion sebesar 925 juta derajat. Konversi sederhana dari kecepatan radial ini menjadi kecepatan agitasi termal ion.

Lakukan perhitungan serupa untuk elektron, kita dapatkan suhu yang 100.000 kali lebih rendah, sekitar 9250 derajat. Kondisi tidak seimbang sangat kuat terbalik. Maka tumbukan mulai berperan. Untuk ion, Malcolm Haines menghitung waktu relaksasi (waktu thermalisasi gas ion, pembentukan fungsi distribusi kecepatan) adalah 37 pikosekon, yaitu 3,7 × 10

detik. Waktu ini sangat kecil dibandingkan "waktu stagnasi" plasma dalam bentuk kabel padat dan sangat panas, sebesar ukuran ujung pensil.

Pengukuran (emisi sinar-X melalui "radiasi perlambatan", interaksi elektron-ion) memberikan suhu 30 juta derajat. Gas elektron telah dipanaskan. Kita akan menganalisis ini lebih lanjut. Biasanya suhu tinggi dinyatakan dalam elektron-volt, menurut hubungan:

eV = kT

dengan e (muatan listrik satuan) = 1,6 × 10⁻¹⁹ coulomb

Jika kita memiliki medium dengan suhu yang dihitung dalam "elektron-volt" sebesar 1 eV, ini setara dengan suhu:

T = e/k = 11.600 K

Karena kita berbicara dalam orde besar, sering kali kita mengonversi elektron-volt ke Kelvin dengan cara sederhana:

T = 10.000 V

Jadi 1 keV (kilo-elektron-volt) setara dengan 10.000 derajat.

Pengukuran radiasi yang dipancarkan (dalam rentang sinar-X) memberikan suhu 30 keV, dibulatkan menjadi 30 juta derajat.

Masalah lain: ditemukan bahwa gas ion lebih panas 3 hingga 4 kali dari yang diharapkan dari thermalisasi sederhana. Pengukuran suhu menunjukkan nilai lebih dari dua miliar derajat, bahkan mencapai maksimum 3,7 miliar derajat. Dari mana energi ini berasal? Kita akan membahas hal ini lebih lanjut.

Pengukuran suhu dilakukan menggunakan metode klasik menilai perluasan garis spektral akibat efek Doppler. Inti (seperti atom, molekul) memancarkan radiasi menurut spektrum tertentu yang memiliki garis karakteristik.

Jika medium relatif dingin, garis-garis ini tipis.

Spektrum emisi baja tahan karat "relatif dingin", dipanaskan hingga 100.000 K

Kita mengidentifikasi garis kromium (yang pertama, di sebelah kiri), lalu mangan, besi, dan nikel.

Dalam baja tahan karat ini karbon menyumbang 0,15% campuran dan garisnya tidak terlihat.

Garis-garis ini sesuai dengan eksitasi elektron. Di sekitar inti mengorbit elektron pada lintasan tertentu, karena alasan terkait mekanika kuantum (kuantisasi lintasan). Masukan energi dari sumber apa pun bisa menyebabkan "transisi", yaitu perubahan lintasan salah satu elektron. Perubahan ini selalu terjadi ke arah elektron berpindah ke lintasan yang lebih jauh, yang memiliki energi lebih tinggi. Tidak perlu melakukan perhitungan rumit untuk memahami ide ini. Anda tahu sangat baik bahwa untuk menempatkan muatan bermassa M pada orbit, semakin tinggi orbitnya, semakin besar roket yang dibutuhkan. Masukan energi membuat elektron berada pada lintasan "lebih tinggi", lebih jauh dari inti. Elektron tidak bertahan lama di sana (ada waktu hidup untuk keadaan tereksitasi) dan segera kembali ke lintasan yang lebih dekat ke inti dalam beberapa nanosekon. Saat turun, elektron kehilangan energi yang dipancarkan sebagai foton dengan energi sama dengan selisih energi antara dua tingkat orbit. Dari sinilah spektrum berupa "garis".

Atom seperti besi memiliki 26 elektron.

Semua dapat melakukan perubahan lintasan, turun kembali, tidak harus ke lintasan awal. Maka spektrum terdiri dari banyak garis. Beberapa lebih tinggi dari yang lain. Apa arti "tinggi garis"? Ini menunjukkan daya pancar pada frekuensi tertentu. Garis mengukur kontribusi transisi khusus; beberapa transisi lebih mungkin daripada yang lain. Transisi paling mungkin, maka sering terjadi, akan memberikan sebagian besar radiasi. Dengan melihat diagram di atas, kita lihat bahwa untuk baja tahan karat dengan suhu antara 58.000 (5 elektron-volt) hingga 116.000 K (10 elektron-volt), emisi paling kuat berasal dari garis kromium. Garis mangan "lebih biasa". Pada suhu ini atom sudah sangat kehilangan elektronnya. Namun masih ada yang tersisa. Berapa banyak? Saya tidak punya buku di tangan untuk menjawab. Pelepasan elektron terjadi secara bertahap. Saya tidak tahu pada suhu berapa besi atau kromium harus dipanaskan untuk mendapatkan pelepasan lengkap, yaitu saat elektron terakhir terlepas. Ini bisa dihitung. Ini adalah energi yang harus diberikan untuk melepaskan elektron terakhir dari inti bermuatan positif 26.

Apa yang diukur dalam eksperimen Sandia berkaitan dengan spektrum eksitasi-deseksitasi elektron yang tetap berada di sekitar inti.

Perluasan garis terkait efek Doppler-Fizeau.

Spektrum bahan yang sama, dipanaskan hingga miliaran derajat. Efek Doppler menyebabkan perluasan garis

Frekuensi yang sesuai dengan loncatan orbit tertentu (garis) akan lebih tinggi jika atom mendekati pengamat dan lebih rendah jika menjauh (ini disebut "redshift"). Jadi agitasi termal

melebarkan garis-garis

. Pengukuran, yang dapat dipercaya, telah dilakukan dan mengonfirmasi nilai suhu ion yang sangat tinggi, mencapai miliaran derajat (

antara 2,66 hingga 3,7 miliar derajat

Hasil Mei 2005 dari Z-machine Sandia.

Warna hitam: kenaikan suhu ion. Warna biru: diameter plasma.

Sumbu-x: waktu dalam nanosekon

(satu nanosekon adalah satu miliar bagian dari detik)

Loncatan suhu ini bukan kejadian biasa. Ini merupakan penemuan ilmiah besar, dan sangat mungkin akan memberikan dampak besar bagi masyarakat global kita.

Ion akhirnya menjadi 100 kali lebih panas daripada elektron

. Sebelumnya ini satu-satunya penjelasan yang masuk akal, tetapi kali ini dapat diukur secara langsung dalam eksperimen yang sepenuhnya dapat direplikasi. Apalagi suhu ion ini

terus meningkat seiring waktu.

Akhirnya, energi yang dipancarkan gas elektron dalam bentuk radiasi X ternyata 3 hingga 4 kali lebih besar dari energi kinetik yang dimiliki batang baja tahan karat "liner kawat" saat berkumpul di sumbu

Haines dan rekan-rekannya berusaha menjelaskan misteri ini dalam makalah berikut. Dari mana energi ini berasal?

Ketika Z-machine dinyalakan, energi didistribusikan dalam berbagai bentuk. Ada energi termal plasma, yang sesuai dengan jumlah energi kinetik komponennya (terutama energi kinetik ion besi). Namun ada juga energi lain yang lebih sulit dipahami:

energi magnetik

yang tersebar di seluruh ruang di sekitar kabel plasma tipis yang terbentuk di sumbu. Oleh karena itu, Haines mengusulkan bahwa "ketidakstabilan MHD" mungkin muncul, memungkinkan plasma untuk mengambil kembali sebagian energi ini. Seperti yang disebutkan dalam artikel, teori ini sangat awal dan belum menghasilkan "simulasi". Kesimpulannya hanya "tidak mustahil bahwa pemanasan ini disebabkan oleh fenomena ini". Ia juga menunjukkan keterikatan tabrakan yang lemah antara elektron dan ion, yang menjelaskan keterlambatan emisi sinar-X dalam waktu. Fenomena ini lebih dulu memanaskan ion, yang kemudian mentransfer sebagian energi ke gas elektron, sehingga membuatnya menjadi pemancar (melalui radiasi perlambatan). Namun pengukuran (empat titik)

menunjukkan bahwa gas ion besi terus memanas

Puncak suhu jelas belum tercapai. Namun suhu (yang diukur) ion besi mencapai 3,7 miliar derajat! Tiga puluh tujuh kali suhu yang bisa dicapai ITER: 100 juta derajat.

Deeney mengatakan bahwa menghadapi hasil seperti ini, ia telah mengulangi eksperimen dan pengukuran berkali-kali untuk memastikan kebenarannya. Perlu dicatat bahwa dalam judul artikel tertulis: "lebih dari dua miliar derajat". Secara logis para peneliti seharusnya menyebutkan nilai maksimum, yaitu 3,7 miliar derajat. Mari kita sebut ini sebagai tindakan... kecanggungan, menghadapi kehebatan hasil yang diperoleh.

Perlu diingat bahwa dengan 500 juta derajat, kita bisa melakukan fusi lithium dan hidrogen, menghasilkan helium tanpa neutron. Dengan satu miliar derajat, kita mendapatkan "fusi murni" selama satu detik, tetap tanpa radiasi atau limbah (hanya helium): fusi boron dan hidrogen. Apa yang bisa dilakukan dengan 3,7 miliar derajat, bahkan lebih? Jika suhu ion terus meningkat, masuk akal untuk berpikir bahwa suhu ion lebih tinggi lagi dapat dicapai.

Catatan: dalam eksperimen ini, arus listrik dari Z-machine (18 hingga 20 juta ampere) tidak bisa dipertahankan tanpa batas. Ini adalah loncatan: arus meningkat seiring waktu, mencapai maksimum, lalu menurun. Dalam Z-machine, pulsa berlangsung selama 100 miliar detik. Aspek lain: jika Haines benar, lingkungan magnetik kabel plasma mengandung energi sangat besar. Jadi jika arus dipertahankan, medan magnet ini akan terus "memberi makan" plasma dengan meningkatkan suhu ion. Maka 3,7 miliar derajat bukan batas atas, dan tidak ada yang bisa menentukan berapa suhu yang bisa dicapai dengan perangkat ini.

Dampak pertama dari eksperimen semacam ini bisa menjadi "fusi murni tanpa polusi", menggunakan campuran lithium dan hidrogen (lithium, yang ada di air laut dan air asin, tersedia di seluruh dunia. Saat ini harganya 59 dolar per kilogram, termasuk pajak). Ini adalah Era Emas dari sudut pandang energi (dengan bonus bom H fusi murni, murah, untuk semua). Jika semua ini terbukti benar, tidak ada negara di dunia yang bisa mengklaim "memiliki cadangan lithium planet". Karena lithium ada di air laut, cadangan global sebenarnya tak terbatas.

Karena suhu dalam supernova mencapai sepuluh miliar derajat dan melalui reaksi fusi, dapat menciptakan semua atom dalam tabel Mendeleev (dan isotop radioaktif dengan waktu hidup lebih atau kurang panjang), jika suatu hari Z-machine yang diperbesar bisa mencapai 10 miliar derajat, kita akan mencapai suhu tertinggi yang pernah dicapai oleh alam di alam semesta dalam laboratorium. Loncatan besar ini berarti perubahan drastis dalam fisika nuklir dan fisika secara umum.

Sebelumnya kita hanya mengandalkan "abu panas". Langkah ini benar-benar merupakan penemuan api nuklir

dia mengatakan bahwa laju transfer energi kinetik dalam sebuah tumbukan akan sebanding dengan rasio

Jika massa sangat berbeda, secara singkat diketahui bahwa pada suhu tertentu (yang cukup tinggi sehingga medium terionisasi, terdapat elektron bebas), perbedaan massa menyebabkan kecepatan getaran elektronik dan ionik sangat berbeda. Ambil contoh plasma hidrogen deuterium-tritium dengan massa atom rata-rata 2,5 (2 untuk deuterium, 3 untuk tritium). Bayangkan gas ion berada pada 100.000.000 derajat (dalam tokamak). Kecepatan getaran termal akan:

sekitar (3 k T

Sebuah proton memiliki berat 1,6 10

kilo

Massa rata-rata ion hidrogen adalah 1,6 10

2,5, yaitu 4 10

kilo

Kecepatan getaran termal rata-rata ion hidrogen dalam tokamak adalah, oleh karena itu, sekitar 10

m/s atau

ribu kilometer per detik

. Angka yang menarik untuk diingat. Dalam tokamak, keadaan keseimbangan termodinamika terjadi. Suhu gas elektron sama dengan suhu ion. Namun, kecepatan getaran elektron lebih tinggi daripada kecepatan ion, dalam kebalikan dari akar kuadrat rasio massa.

Massa sebuah elektron adalah

= 0,91 10

kilo

Dalam plasma hidrogen berat, rasio massa adalah 4400, dan rasio kecepatan getaran termal adalah akar kuadrat dari angka tersebut, yaitu 66. Kecepatan getaran termal elektron dalam tokamak adalah 66 kali lebih tinggi daripada kecepatan ion dan oleh karena itu 66.000 km/s, yaitu 20% dari kecepatan cahaya. Catatan sederhana.

Dalam plasma besi dari mesin Z, rasio massa mencapai 100.000. Dalam plasma besi yang seimbang, rasio kecepatan termal antara elektron dan ion besi adalah 316. Namun, seperti yang akan kita lihat nanti, plasma besi dari mesin Z sangat tidak seimbang. Perbedaannya dengan tabung fluoresen adalah bahwa kali ini suhu elektron 100 kali lebih rendah daripada suhu ion. Jadi, ini adalah jenis plasma baru

dalam keadaan tidak seimbang terbalik

Ini adalah lingkungan baru, yang belum dipahami dengan baik, yang perlu dieksplorasi. Sebenarnya, ini seperti wilayah barat yang liar bagi eksperimen dan teori. Mesin Z adalah generator listrik yang sangat kuat terlebih dahulu:

Mesin Z Sandia, sebelum 2007

( telah diubah sejak itu dan diubah menjadi ZR, Z "diperbaiki")

Menghasilkan impuls sebesar 18 juta ampere, dalam 100 nanodetik. Satu nanodetik adalah satu miliar bagian dari detik. Intensitas listrik meningkat secara linear: Kurva kenaikan intensitas listrik dalam mesin Z (analog dalam ZR)

Mesin ZR, yang beroperasi sejak 2007, mampu mencapai 26 juta ampere, tetap dalam 100 nanodetik

Mesin Z mengirimkan arus ini ke "casing kawat", sebuah jenis kandang kawat, tingginya 5 cm dan diameter 8 cm, terdiri dari 240 kawat stainless steel, lebih halus daripada rambut: .

Konstruksi dari "casing kawat"

Dalam setiap kawat, maka:

75.000 ampere

Setiap kawat menciptakan medan magnet, yang berinteraksi dengan kawat sekitarnya sesuai dengan gaya Laplace I B. Gaya-gaya ini sentripetal dan cenderung mengumpulkan semua kawat tersebut sepanjang sumbu sistem.

Gaya Laplace cenderung mengumpulkan kawat sepanjang sumbu sistem

Gambar yang sangat menarik bagi Gerold Yonas, pencipta mesin tersebut

Saat bergerak mendekat, kawat logam menguap secara bertahap:

Pembentukan cangkang plasma

( disertasi Mathias Bavay )

Struktur kawat yang terdiri dari kawat-kawat ini mempertahankan asimetrinya dan mencegah munculnya ketidakstabilan MHD. Pendapat terbagi mengenai perilaku casing kawat ini selama implosi. Kawat dikelilingi oleh lapisan plasma besi. Pengalaman menunjukkan bahwa kawat meninggalkan "ekor komet" di belakangnya yang mewakili 30% dari massanya.

Skema implosi ini dapat dihitung (lihat lebih lanjut). Jari-jari kandang tersebut 4 cm dan waktu 100 nanodetik, maka kecepatan konvergensi rata-rata adalah 400 km/s. Sebenarnya ada percepatan tepat sebelum kontak. Kecepatan ion sebelum tabrakan antara 550 hingga 650 km/s. Pemertahanaan asimetri menyebabkan plasma besi menjadi kabel dengan diameter 1,5 mm pada akhir implosi.

Ion dan elektron bergerak ke sumbu dengan kecepatan yang sama. Tidak mungkin memisahkan dua populasi karena adanya gaya elektrostatik yang kuat yang mengikatnya. Ketika partikel-partikel ini, ion besi dan elektron, saling bertabrakan di sekitar sumbu terjadi thermalisasi, yaitu, secara prinsip, energi kinetik yang terkait dengan kecepatan radial akan didistribusikan ke segala arah. Hal ini berlaku untuk ion maupun elektron.

Kita lupakan dulu elektron dan bayangkan populasi objek dengan massa yang sama dengan ion besi yang berada di sekitar sumbu dengan kecepatan 650 km/s.

Massa ion besi adalah 9 10

kilo

Kita tulis:

V = 600 km/s

Kita mendapatkan suhu ion sebesar 925 juta derajat. Konversi sederhana dari kecepatan radial ini ke kecepatan getaran termal ion.

Lakukan perhitungan yang sama untuk elektron, kita mendapatkan suhu yang 100 kali lebih rendah, sekitar 9250 derajat. Kondisi tidak seimbang yang sangat kuat. Kemudian tumbukan masuk dalam permainan. Untuk ion, Malcom Haines menghitung bahwa waktu relaksasi (waktu thermalisasi gas ion, pembentukan fungsi distribusi kecepatan) adalah 37 picodetik, yaitu 3,7 10

detik. Waktu ini sangat kecil dibandingkan "waktu stagnasi" plasma, dalam bentuk kabel yang sangat padat dan sangat panas, seukuran ujung pensil.

Pengukuran (emisi sinar-X melalui "radiasi hambatan", interaksi elektron-ion) memberikan suhu sebesar 30 juta derajat. Gas elektron telah dipanaskan. Kita akan menganalisis ini lebih lanjut. Biasanya, suhu tinggi dinyatakan dalam elektron-volt, menurut hubungan

e V = k T

dengan e (muatan listrik unit) = 1,6 10-19 coulomb

Jika kita memiliki medium yang memiliki suhu, dipanaskan dalam "elektron-volt" yang bernilai satu "eV", ini akan setara dengan suhu

T = e / k = 11.600° K

Karena kita berbicara dalam orde besar, kita biasanya mengubah elektron-volt menjadi derajat Kelvin dengan cara sederhana

T = 10.000 V

Jadi satu "keV", satu kilo-elektron-volt setara dengan 10.000°

Pengukuran radiasi yang dipancarkan (dalam rentang sinar-X) memberikan suhu 30 keV, yang dibulatkan menjadi 30 juta derajat.

Masalah lain: ditemukan bahwa gas ion lebih panas 3 hingga 4 kali dari yang akan kita peroleh melalui thermalisasi sederhana. Pengukuran suhu memberikan nilai lebih dari 2 miliar derajat, bahkan mencapai nilai maksimum 3,7 miliar derajat. Dari mana energi itu berasal? Kita akan membahas ini lebih lanjut; .

Pengukuran suhu telah dilakukan menggunakan metode klasik penilaian perluasan garis spektral akibat efek Doppler. Inti (seperti atom, molekul) memancarkan radiasi menurut spektrum tertentu yang memiliki garis karakteristik.

Jika medium relatif dingin, garis-garis ini tipis.

Spektrum emisi dari baja tahan karat "relatif dingin", dipanaskan hingga 100.000° K

Kita mengidentifikasi garis krom (yang pertama, di sebelah kiri) kemudian garis mangan, besi keras, dan nikel.

Dalam baja tahan karat ini, karbon menyumbang 0,15% dari campuran dan garis-garisnya tidak terlihat.

Garis-garis ini sesuai dengan eksitasi elektronik. Di sekitar inti, elektron bergerak di sekitar orbit yang sangat spesifik, karena alasan terkait mekanika kuantum (kuantifikasi orbit). Penambahan energi dari sumber apa pun dapat memicu "transisi", yaitu perubahan orbit dari salah satu elektron. Perubahan ini selalu dalam arah perpindahan elektron ke orbit yang lebih jauh, yang merepresentasikan energi yang lebih besar. Tidak perlu melakukan perhitungan rumit untuk menyampaikan ide ini. Anda tahu dengan baik bahwa untuk menempatkan muatan dengan massa M ke orbit, semakin tinggi orbitnya, semakin kuat roket yang dibutuhkan. Penambahan energi membuat elektron berada di "orbit yang lebih tinggi", lebih jauh dari inti. Elektron tidak tinggal lama (ada waktu hidup dari keadaan terangsang ini) dan tidak lama kemudian kembali ke orbit yang lebih dekat ke inti dalam beberapa nanodetik. Dengan demikian, elektron kehilangan energi yang dipancarkan dalam bentuk foton yang energinya sama dengan perbedaan energi dari dua tingkat orbit. Dari sini muncul spektrum "garis".

Atom seperti besi memiliki 26 elektron.

Semua dapat melakukan perubahan orbit, turun, tidak selalu ke orbit awalnya. Dari sini muncul spektrum yang terdiri dari banyak garis. Beberapa lebih tinggi daripada yang lain. Apa yang dimaksud dengan "tinggi garis"? Yaitu daya yang dipancarkan pada frekuensi tertentu. Garis mengukur kontribusi dari transisi tertentu. Beberapa transisi lebih mungkin daripada yang lain. Transisi yang paling mungkin, oleh karena itu sering terjadi, akan memberikan sebagian besar radiasi. Dengan melihat diagram di atas, kita melihat bahwa untuk baja tahan karat dengan suhu antara 58.000 (5 elektron-volt) hingga 116.000° K (10 elektron-volt), emisi terkuat berasal dari garis krom. Garis mangan "lebih rendah". Pada suhu ini, atom-atom sudah sangat kehilangan elektronnya. Namun, masih ada. Berapa banyak? Saya tidak memiliki buku yang bisa saya tunjukkan untuk menjawabnya. Penghapusan elektron terjadi secara bertahap. Saya tidak tahu pada suhu berapa kita perlu memanaskan besi atau krom untuk mendapatkan penghapusan lengkap, sehingga elektron terakhir terlepas. Ini bisa dihitung. Ini adalah energi yang harus diberikan untuk melepaskan elektron terakhir dari inti yang memiliki 26 muatan positif.

Apa yang telah diukur dalam eksperimen Sandia merujuk pada spektrum eksitasi-deeksitasi elektron yang tetap berada di sekitar inti.

Perluasan garis terkait dengan efek Doppler-Fizeau.

Spektrum dari bahan yang sama, dipanaskan hingga miliaran derajat. Efek Doppler menyebabkan perluasan garis

Frekuensi yang sesuai dengan perpindahan orbit tertentu (sebuah garis) akan lebih tinggi jika atom mendekati pengamat dan lebih rendah jika menjauh (itu disebut "redshift"). Jadi, getaran termal

memperluas garis

. Pengukuran yang dapat diandalkan telah dilakukan dan mengonfirmasi nilai suhu ion yang tinggi, yang mencapai miliaran derajat (

antara 2,66 hingga 3,7 miliar derajat

Hasil Mei 2005 pada mesin Z Sandia.

Dalam warna hitam, kenaikan suhu ion. Dalam warna biru, diameter plasma.

Pada sumbu x: waktu dalam nanodetik

( satu nanodetik mewakili satu miliar bagian dari detik )

Kenaikan suhu bukanlah peristiwa biasa. Ini adalah penemuan ilmiah besar dan sangat mungkin akan memiliki dampak besar terhadap masyarakat kita secara global.

Ion-ion akhirnya menjadi 100 kali lebih panas daripada elektron

. Hingga saat ini, ini adalah penjelasan satu-satunya yang mungkin, tetapi kali ini bisa diukur, dalam eksperimen yang sepenuhnya dapat diulang. Lebih lanjut, suhu ion ini

meningkat seiring waktu.

Akhirnya, energi yang dipancarkan oleh gas elektron dalam bentuk radiasi X terbukti 3 hingga 4 kali lebih besar dari energi kinetik yang dimiliki batang-batang baja tahan karat dari "casing kawat" ketika mereka berkumpul di sekitar sumbu

Haines dan rekan-rekannya mencoba dalam artikel berikut untuk mengungkap misteri ini. Dari mana energi itu berasal?

Ketika mesin Z dinyalakan, energi didistribusikan dalam berbagai bentuk. Ada energi termal plasma, yang sesuai dengan jumlah energi kinetik komponen-komponennya (terutama energi kinetik ion besi). Namun, ada juga energi lain, yang lebih sulit dipahami:

energi magnetik

yang tersebar di seluruh ruang di sekitar kabel plasma yang sangat tipis yang terbentuk di sepanjang sumbu. Haines, oleh karena itu, mengusulkan bahwa "ketidakstabilan MHD" mungkin muncul yang memungkinkan plasma untuk mengambil sebagian dari energi ini. Seperti yang dijelaskan dalam artikel, teori ini sangat awal dan tidak memberikan "simulasi". Kesimpulannya hanya "tidak mustahil bahwa pemanasan ini disebabkan oleh fenomena ini". Ia juga menunjukkan hubungan kolisi yang lemah antara elektron dan ion, yang menjelaskan keterlambatan emisi sinar-X dalam waktu. Fenomena ini terlebih dahulu memanaskan ion, yang kemudian mentransmisikan sebagian energi ini ke gas elektron, yang kemudian menjadi emisif (melalui radiasi hambatan). Dengan demikian pengukuran (empat titik)

menunjukkan bahwa gas ion besi terus memanas

Maksimum suhu jelas belum tercapai. Namun, suhu ion besi yang terukur mencapai 3,7 miliar derajat! Tiga puluh tujuh kali suhu yang tidak pernah bisa dilewati oleh Iter: 100 juta derajat.

Deeney mengatakan bahwa menghadapi hasil seperti ini, dia telah mengulang eksperimen dan pengukuran berulang kali untuk memastikan. Perlu dicatat bahwa dalam judul artikel tersebut tertulis: "lebih dari dua miliar derajat". Secara logis, para peneliti seharusnya menyebutkan nilai maksimum, yaitu 3,7 miliar derajat. Mari kita sebut ini sebagai langkah ... ketakutan, menghadapi hasil yang begitu besar.

Ingatlah bahwa dengan 500 juta derajat kita bisa menggabungkan lithium dan hidrogen, menghasilkan helium dan bukan neutron. Dengan satu miliar derajat kita memiliki "fusi bersih" selama satu detik, tetap tanpa radioaktivitas atau limbah (hanya helium): fusi boron dan hidrogen. Apa yang bisa kita lakukan dengan 3,7 miliar derajat, atau bahkan lebih tinggi? Jika suhu ion terus meningkat, logis untuk berpikir bahwa suhu ion yang lebih tinggi bisa dicapai.

Catatan. Dalam eksperimen ini, intensitas arus listrik yang dihasilkan oleh mesin Z (18 hingga 20 juta ampere) tidak bisa dipertahankan selamanya. Ini adalah pelepasan: intensitas ini meningkat seiring waktu, melewati maksimum, lalu menurun. Dalam mesin Z, impuls berlangsung selama 100 miliar bagian detik. Aspek lain: jika Haines benar, lingkungan magnetik dari kabel plasma mengandung energi yang sangat besar. Jadi, jika kita mempertahankan arus, medan magnet ini akan terus "makan" plasma dengan meningkatkan suhu ion. Dengan demikian, 3,7 miliar derajat ini bukanlah batas dan tidak ada yang bisa menentukan suhu apa yang bisa dicapai dengan perangkat ini.

Kemungkinan dampak pertama dari eksperimen ini adalah "fusi bersih tanpa polusi", dengan campuran lithium dan hidrogen (lithium, yang ada di air laut dan dalam air garam, tersedia di seluruh dunia. Saat ini harganya 59 dolar per kilogram, termasuk pajak). Ini adalah Era Emas dari segi energi (dengan bom H fusi murni, murah, untuk semua orang). Jika semuanya terbukti, tidak ada negara di dunia yang bisa mengklaim "memiliki cadangan lithium planet". Karena lithium ada di air laut, cadangan planet ini sebenarnya tidak terbatas.

Karena suhu dalam supernova adalah sepuluh miliar derajat dan dengan reaksi fusi, ia mampu menciptakan semua atom dalam tabel periodik (dan isotop radioaktifnya dengan waktu hidup yang berbeda-beda), jika mesin Z yang "dibuat" suatu hari mampu mencapai sepuluh miliar derajat, maka kita akan mencapai suhu tertinggi yang pernah dicapai oleh alam di alam semesta. Perkembangan ini merupakan perubahan besar dalam fisika nuklir dan fisika kita secara keseluruhan.

Sejauh ini kita hanya puas dengan "api kecil". Langkah ini benar-benar adalah penemuan api nuklir

Berikut ini adalah awal artikel Haines, Deeney, dan yang lainnya:

**Terjemahkan judul **:

**Pemanasan viskos ion dalam pinch magnetohidrodinamika tidak stabil, suhu lebih dari 2 x 109 **K

Kemudian ringkasan :

Kumpulan kawat logam yang sangat terkonsentrasi sepanjang sumbu simetri sistem merupakan sumber sinar-X laboratorium terkuat saat ini. Namun, dalam beberapa kondisi, kita juga dapat mengamati energi dalam bentuk sinar-X "lembut", yang dipancarkan dalam impuls selama 5 nanodetik, pada saat kompresi maksimum tercapai (stagnasi)

yang sesuai dengan energi melebihi energi kinetik awal, sebesar faktor 3 hingga 4

. Sebuah model teoritis dikembangkan untuk menjelaskan fenomena ini dengan mengusulkan bahwa ini disebabkan oleh konversi cepat energi magnetik, yang membawa ion ke suhu yang sangat tinggi, melalui fenomena ketidakstabilan MHD jenis m = 0, dengan pertumbuhan cepat. Terjadi saturasi non-linear dan pemanasan viskos gas ion. Energi awal yang diberikan ke ion kemudian ditransmisikan ke elektron melalui distribusi sama, tumbukan ion-elektron, dan elektron kemudian memancarkan sinar-X lembut. Baru-baru ini, di Sandia diperoleh spektrum, pengukuran yang berlangsung dalam waktu, yang mengonfirmasi suhu ion sebesar 200 keV (2

derajat ), sesuai dengan teori ini. Dengan demikian, ini mencatat rekor suhu tertinggi untuk plasma yang dikurung secara magnetik.

Haines dan rekan-rekannya mulai dengan mengingatkan dasar masalah. Kami belum mampu menjelaskan bagaimana energi yang dilepaskan oleh plasma bisa mencapai 3 atau 4 kali energi kinetik "datang", yaitu jumlah dari 1/2 mV2 atom logam yang dilemparkan satu sama lain ke arah sumbu, di sekitar mana mereka akhirnya berhenti, energi kinetik ini diubah menjadi energi termal. Ketika kita menganalisis data, angka itu tidak cocok. Lebih banyak energi yang keluar daripada yang masuk ke sistem ini, dan pasti harus berasal dari suatu tempat. Haines kemudian berpikir tentang energi magnetik. Bagaimana?

Jika kita mempertimbangkan sebuah liner yang terdiri dari kawat (240) dan mengalirkan arus melalui kawat tersebut, kita dapat menghitung intensitas medan magnet, azimutal yang diciptakan oleh kawat lainnya. Kawat ini mengalami gaya Laplace J x B. Mudah untuk menetapkan bahwa gaya ini sama dengan yang akan dihasilkan oleh konduktor linear yang ditempatkan sepanjang sumbu dan di mana seluruh arus dialirkan (dalam eksperimen Sandia: 20 juta ampere).

Ini juga bagaimana kita dapat menghitung nilai medan eksternal, modulo asumsi yang dibuat: bahwa kita dapat menganggap medan ini diciptakan oleh kawat dengan panjang tak hingga, yang jauh dari kenyataan. Ini memberikan hanya orde besar. Tekanan magnetik yang terkait dengan medan ini, jika dinyatakan dalam newton per meter persegi, juga sesuai dengan joule per meter kubik. Tekanan magnetik adalah kepadatan energi volumetrik. Kita mengevaluasi yang akan diciptakan oleh konduktor linear tak terhingga.

Kita dapat, di sekitar lapisan kawat, di mana kita dapat secara pertama mengambil pendekatan ini untuk menghitung medan, menghitung energi magnetik yang terlokalisasi antara silinder berjari-jari r dan silinder berjari-jari dr

Misalkan rmin adalah jari-jari minimal plasma. Tentu saja, tidak masuk akal untuk mengintegrasikan ekspresi ini dari nilai ini hingga tak hingga, karena ekspresi ini hanya berlaku untuk konduktor linear yang panjangnya dapat dianggap tak terhingga. Namun, dengan menulis:

kita melihat bahwa semakin dekat kumpulan atom logam terkumpul di sekitar sumbu sistem, semakin besar energi yang dibentuk dalam bentuk tekanan magnetik di sekitar objek. Haines melihat di sini sumber energi yang mungkin meningkatkan suhu ion, yang telah mengubah energi kinetik mereka menjadi energi kinetik getaran termal. Jika V adalah kecepatan radial ion pada saat tabrakan, pada "stagnasi", kita dapat mengevaluasi kecepatan getaran termal dengan hanya:

Penggunaan rumus ini mengimplikasikan bahwa "gas ion besi" "terthermalisasi", bahwa ia telah memperoleh distribusi kecepatan Maxwell-Boltzmann. Namun, seperti yang akan ditunjukkan Haines lebih lanjut, waktu relaksasi di lingkungan ini sangat kecil.

tii, waktu relaksasi di lingkungan ion: 37 picodetik (Haines)

Tambahkan bahwa koupling energi dengan gas elektron juga rendah. Selain itu, energi yang didistribusikan kembali hanya dapat dilakukan dalam bentuk kinetik (energi getaran termal ion elektron). Dengan demikian, rumus ini, sangat sederhana, valid. Akhirnya, dalam pengertian bahwa gas ion tidak didorong oleh sumber energi lain, dan kita akan melihat lebih lanjut bahwa ini adalah kasusnya.

Dengan demikian, dengan kecepatan 1000 km/s, kita benar-benar akan mendapatkan 2 miliar derajat. Kapan sistem dalam implosi berpindah dari konfigurasi "kawat terpisah" ke konfigurasi "cincin plasma"? Artikel itu tidak menyebutkannya. Dengan liner berjari-jari 4 cm dan waktu implosi 100 nanodetik, kita mendapatkan kecepatan radial rata-rata sebesar 400 km/s, yang minimal. Atom besi memiliki berat 9 10-26 kilo tetapi jika ini adalah kecepatan ion pada saat tabrakan, kita tetap mendapatkan 348 juta derajat. Ini hanyalah kecepatan rata-rata. Ketika kita menulis persamaan diferensial gerak, kita memiliki percepatan spektakuler di akhir. Kita juga perlu mempertimbangkan fakta bahwa arus tidak konstan. I meningkat seiring waktu. Kita memiliki:

M mewakili massa liner, per meter. Kita melihat bahwa di akhir pengisian dan di akhir perjalanan, percepatan meningkat. Kecepatan melonjak. Haines menulis:

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.

Ada kesulitan dalam memahami bagaimana energi yang dipancarkan dalam implosi Z pinch kawat bisa mencapai 4 kali energi kinetik [1– 4], dan juga bagaimana tekanan plasma bisa cukup untuk menyeimbangkan tekanan magnetik pada saat stagnasi jika suhu ion dan elektron sama. Secara teori, tekanan magnetik yang berlebihan seharusnya terus memampatkan plasma hingga mengakibatkan kolaps radiatif. Beberapa teori [5,6] telah dikembangkan untuk menjelaskan pemanasan tambahan, tetapi tidak satu pun dari teori-teori ini yang mengatasi ketidakseimbangan tekanan.

Coup d'oeil aux références citées :

[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,

Referensi (1) berasal dari tahun 1997. Jadi, sejak saat itu fenomena yang tidak terjelaskan ini sudah teramati. Deeney adalah direktur eksperimen mesin Z. Saya belum membaca artikel-artikel ini. Jika seseorang bisa mengirimkannya dalam bentuk pdf, saya bisa membacanya dan memberikan komentar tambahan.

Langsung ke kesimpulan artikel:

kekuatan komputasi

**
| 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	Pada akhirnya, tampaknya bahwa ketidakstabilan MHD m = 0 dengan panjang gelombang pendek yang terjadi pada saat stagnasi dalam implosi massa rendah menyebabkan pemanasan viskos ion hingga suhu rekor yang lebih dari 200 keV. Suhu-suhu ini telah diukur, energi berasal dari konversi energi magnetik dalam skala waktu 5 ns. Ion memanaskan elektron yang segera memancarkan energi. Selain itu, garis spektral yang melebar akibat suhu ion yang tinggi akan memungkinkan daya radiasi yang lebih besar terjadi karena penurunan opasitas. Mekanisme yang ditawarkan memberikan penjelasan yang masuk akal untuk beberapa fenomena penting secara fundamental untuk dinamika Z pinch, termasuk keseimbangan tekanan pada saat stagnasi, ketiadaan kolaps radiatif, dan kelebihan signifikan radiasi X.

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

Pada akhirnya, tampaknya bahwa ketidakstabilan MHD m = 0 dengan panjang gelombang pendek yang terjadi pada saat stagnasi dalam implosi massa rendah menyebabkan pemanasan viskos ion hingga suhu rekor yang lebih dari 200 keV. Suhu-suhu ini telah diukur, energi berasal dari konversi energi magnetik dalam skala waktu 5 ns. Ion memanaskan elektron yang segera memancarkan energi. Selain itu, garis spektral yang melebar akibat suhu ion yang tinggi akan memungkinkan daya radiasi yang lebih besar terjadi karena penurunan opasitas. Mekanisme yang ditawarkan memberikan penjelasan yang masuk akal untuk beberapa fenomena penting secara fundamental untuk dinamika Z pinch, termasuk keseimbangan tekanan pada saat stagnasi, ketiadaan kolaps radiatif, dan kelebihan signifikan radiasi X.

Kesimpulan, tampaknya ketidakstabilan MHD m = 0 panjang gelombang pendek pada kondisi stagnasi dalam implodasi massa rendah menghasilkan pemanasan viskos cepat pada ion hingga suhu rekor lebih dari 200 keV. Suhu semacam itu telah diukur, energinya berasal dari konversi energi magnetik dalam skala waktu 5 ns. Ion memanaskan elektron yang segera memancarkan energi tersebut dalam bentuk radiasi. Selain itu, garis spektrum yang melebar akibat suhu ion tinggi akan memungkinkan daya radiasi yang lebih besar karena penurunan opasitas. Mekanisme yang diusulkan memberikan penjelasan masuk akal terhadap beberapa fenomena penting secara fundamental bagi dinamika Z-pinch, termasuk keseimbangan tekanan pada stagnasi, ketiadaan kolaps radiatif, serta kelebihan signifikan radiasi-X.

Dalam kesimpulan, tampaknya instabilitas m = 0 panjang gelombang pendek yang terjadi dalam kondisi stagnasi pada implodasi massa rendah menghasilkan pemanasan viskos cepat pada ion hingga suhu rekor lebih dari 200 keV (dua miliar derajat). Suhu semacam itu telah diukur, dengan konversi energi magnetik menjadi energi kinetik terjadi dalam waktu sekitar 5 nanodetik. Selain itu, fenomena pelebaran garis spektrum yang berkaitan dengan suhu ion tinggi memungkinkan emisi radiasi yang lebih besar karena penurunan opasitas. Mekanisme yang diusulkan memberikan penjelasan masuk akal terhadap berbagai fenomena penting secara fundamental dalam dinamika Z-pinch, termasuk keseimbangan tekanan pada stagnasi, ketiadaan kolaps radial, dan kelebihan signifikan radiasi-X.

Persamaan (1) dalam makalah tersebut dikutip sebagai "hubungan Bennett", yang berasal dari tahun 1934 (disebutkan sebagai disajikan dalam referensi (1)). Persamaan ini dapat direkonstruksi dengan cukup mudah. Persamaan ini secara sederhana menyatakan bahwa tekanan magnetik sama dengan tekanan dalam plasma. Tekanan magnetik diberikan di atas. Tekanan total dalam plasma dinyatakan sebagai jumlah dari tekanan parsial yang membentuk kontribusi:

dari gas elektron: ne k Te
dan dari gas ion: ni k Ti

di mana k adalah konstanta Boltzmann.

Jika Z adalah tingkat ionisasi, maka
ne = Z ni

Jika suhu absolut tersebut dinyatakan dalam elektron-volt bukan derajat Kelvin, dengan
k T = e V

maka tekanan dalam plasma ditulis sebagai:
ni e ( Ti + Z Te )

Dari sini tampak muncul ruas kanan dari "hubungan Bennett". Selanjutnya, telah dibuktikan bahwa:

r adalah jari-jari minimum dari kabel plasma yang terjepit sepanjang sumbu. Bennett kemudian melibatkan jumlah ion per meter liner Ni.

Hasilnya (Bennett, 1934):

Ekspresi ini menarik karena jari-jari minimum kabel plasma tidak ikut berperan. Mengapa?

Ketika kabel plasma menyusut, tekanan magnetik yang bekerja padanya meningkat sebanding dengan invers kuadrat jari-jarinya. Namun, densitas ion juga meningkat dengan cara yang sama. Keduanya saling menyeimbangkan. Yang menarik secara nyata adalah bahwa perbedaan besar antara suhu ion dan elektron tidak bergantung pada jari-jari akhir kabel plasma sepanjang sumbu, yang bisa sekecil apa pun. Kita memiliki persamaan diferensial yang menggambarkan evolusi jari-jari r plasma terhadap waktu:

Kita dapat menghitung bentuk kurva (dengan syarat memiliki hukum kenaikan arus I(t), yang merupakan "masukan" dari masalah tersebut. Secara prinsip, pada mesin Z kenaikan arus ini hampir linier, kecuali terjadi kesalahan). Penurunan r menjadi lebih tajam. Maksud saya, kecepatan implodasi meningkat seiring berkurangnya r. Jika r menjadi nol, kecepatan implodasi akan menjadi tak hingga. Namun, ketika menulis persamaan ini, kita telah melupakan sesuatu: gaya tekanan yang menentang implodasi. Kita harus mempertimbangkan hal ini. Dengan demikian, masalahnya menjadi lebih rumit dari yang tampak. Tekanan yang menentang implodasi bergantung pada suhu ion. Namun kita tidak dapat memodelkannya karena, menurut Haines, pertumbuhannya bergantung pada fenomena yang belum bisa kita tangani: pemanasan plasma oleh mikro-instabilitas MHD.

Kesimpulan: kita harus tahu kapan berhenti saat mencoba memodelkan dan tidak lagi mempertimbangkan semua parameter. Kita memiliki rumus:

Namun kita tidak mengetahui kecepatan V ion pada akhir implodasi. Menggunakan kecepatan rata-rata (jari-jari liner dibagi waktu implodasi) tidak masuk akal karena kecepatan meningkat pada akhir implodasi.

Haines kemudian merujuk pada eksperimen khusus dari mesin Z, yaitu Z1141, di mana massa liner per meter adalah 450 miligram kawat baja tahan karat (4,5 × 10⁻⁵ kg/m), disusun dalam dua cincin konsentris, cincin pertama dengan diameter 55 mm memiliki massa dua kali lipat dari cincin kedua dengan diameter 27,5 mm.

Beberapa paragraf kemudian, Haines menggunakan nilai Ni (jumlah ion per meter) sebesar 3,41 × 10²⁰. Massa atom besi adalah 9 × 10⁻²⁶ kg; jika saya membagi 4,5 × 10⁻⁵ kg/m dengan massa ini, saya mendapatkan 5 × 10²⁰. Namun ia menyebutkan bahwa selama implodasi, 30% massa "hilang di tengah jalan". Dengan demikian, hasilnya hampir sama dengan angka yang dia sebutkan.

Ia menyatakan bahwa pengukuran suhu elektron menunjukkan 3 keV pada saat stagnasi, yaitu 35 juta derajat. Ia menekankan bahwa arus dinaikkan hingga 18 mega-ampere dalam waktu 100 nanodetik. Ia memperkirakan bahwa 30% materi "hilang di tengah jalan", tetapi 70% berhasil mencapai tujuan. Memang, hal ini terlihat dari semua studi dengan liner kawat (disertasi Bavay). Selama kolaps, kawat-kawat tersebut "menguap" seperti komet yang menguap; mereka meninggalkan jejak plasma di belakangnya, yang massa dapat mencapai 30 hingga 50% dari massa kawat.

Dengan Ni = 3,41 × 10²⁰ ion per meter dan Z = 26 (besi), terapkan hubungan Bennett dengan muatan listrik dasar e = 1,6 × 10⁻¹⁹ (Coulomb)

mo = 4π × 10⁻⁷ MKSA

Hitung (Ti + Z Te):

yang setara dengan 3,44 miliar derajat. Ketika diameter kabel plasma mencapai minimum, pengukuran suhu ion menunjukkan 270 keV, yaitu 3,12 miliar derajat. Mengingat rentang kesalahan, kesepakatan ini sangat luar biasa.

26 Juni 2006

Cara menilai suhu ion dalam eksperimen (J.P. Petit, 27 Juni 2006)

Mari kita tinjau kembali detail pembentukan persamaan diferensial yang menggambarkan dinamika elemen liner yang terkena gaya elektromagnetik radial. Mari kita ulangi semuanya. Mudah dibuktikan bahwa medan magnet yang dihasilkan oleh barisan kawat yang disusun sepanjang silinder setara dengan medan yang dihasilkan oleh satu kawat tunggal sepanjang sumbu, melalui mana arus total mengalir. Jadi:

Ada n kawat. Arus I/n mengalir dalam setiap kawat. Arus ini mengalami gaya Laplace per satuan panjang:

Sebut M massa per satuan panjang liner. Selama kawat belum menguap, persamaan diferensial diperoleh dengan menulis:

di mana I bergantung pada waktu, tentu saja. Namun ini merupakan data dari persamaan diferensial.

Sekarang gantilah kawat dengan uap logam. Lebih tepatnya, gantilah seluruh sistem kawat dengan silinder plasma, sebuah "pinch". Silinder ini tetap dialiri arus I. Di permukaan kita dapat menghitung medan B, tetap menggunakan rumus yang sama. Namun kita juga dapat memasukkan gaya tekanan yang berusaha menghentikan implodasi ini. Tekanan ini adalah tekanan ionik

pi = ni k Ti

Kita tidak bisa mengendalikannya karena bergantung pada energi yang diberikan kepada ion secara belum jelas, melalui instabilitas MHD, menurut Haines. Kita memiliki gaya Laplace yang bekerja pada setiap "kawat" atau setiap sektor plasma yang sebelumnya ditempati oleh sektor 2π/n. Gaya tekanan yang bekerja pada sektor ini per satuan panjang adalah:

Saya dapat memperoleh persamaan diferensial gerak dengan menulis:

Kita punya:

dengan memasukkan ke dalam persamaan:

Karena kita tidak tahu bagaimana suhu ion berubah seiring waktu, karena bergantung pada masukan energi eksternal ini, kita tidak bisa melangkah lebih jauh, kecuali mencoba menilai nilai suhu ion ketika percepatan nol, dalam kondisi "stagnasi", ketika percepatan r" = 0. Maka kita peroleh:

Terlihat bahwa suhu ionik ini (ini hanya orde besar dalam perhitungan kasar), yang sesuai dengan kondisi stagnasi, bergantung pada kuadrat arus listrik total I dan meningkat ketika jumlah ion per meter berkurang. Jadi untuk massa dan geometri liner yang sama, akan lebih baik menggunakan atom yang lebih berat, seperti yang disarankan oleh mantan anggota DAM (Divisi Aplikasi Militer), misalnya emas, yang lentur dan mudah diproses, empat kali lebih berat dari baja tahan karat. Dengan konfigurasi mesin Z Sandia, kita bisa berharap mencapai suhu hingga 10 miliar derajat dengan kawat emas.

Namun tetap saja, semua parameter harus dikendalikan, artinya kita harus tahu "mengapa ini berhasil". Kecepatan sublimasi material dapat memainkan peran penting. Semakin rendah kecepatan tersebut, semakin lama liner akan tetap dalam bentuk kawat terpisah, menjaga asimetri sumbu. Jika kecepatan sublimasi emas terlalu tinggi, mengganti baja tahan karat dengan material ini justru bisa menghasilkan hasil yang lebih buruk. Namun dalam semua kemungkinan, kita harus mencobanya. Dan tentu saja, mencobanya dengan intensitas yang lebih tinggi. Apa yang akan dicapai Amerika Serikat dengan ZR, yang menghasilkan 28 juta ampere dibandingkan 20 juta? Secara logis, suhu ionik seharusnya mencapai nilai yang lebih tinggi. Mungkin lima miliar derajat.

Jika kita mengandalkan ekspresi ini, yang menunjukkan kecenderungan eksperimen, cara parameter seharusnya memengaruhi suhu ionik pada akhir kompresi, hal ini mengindikasikan bahwa dengan konfigurasi identik seperti mesin Z Sandia, generator Gramat tidak akan mampu melampaui 50 juta derajat. Namun konfigurasi lain dapat dipertimbangkan. Lihat lebih lanjut.

26 Juni 2006

Cara menilai suhu ion dalam eksperimen (J.P. Petit, 27 Juni 2006)

Ada n kawat. Arus I/n mengalir dalam setiap kawat. Arus ini mengalami gaya Laplace per satuan panjang:

Sebut M massa per satuan panjang liner. Selama kawat belum menguap, persamaan diferensial diperoleh dengan menulis:

di mana I bergantung pada waktu, tentu saja. Namun ini merupakan data dari persamaan diferensial.

pi = ni k Ti

Saya dapat memperoleh persamaan diferensial gerak dengan menulis:

Kita punya:

dengan memasukkan ke dalam persamaan:

Kembali ke rumus Bennett. Dalam eksperimen Sandia, suhu elektron Te yang diukur (berdasarkan emisi sinar-X) adalah 3 keV. Dengan Z = 26, maka:

Z Te = 78

Jadi tekanan tidak berasal dari gas elektron! Sisa tekanan untuk menyeimbangkan tekanan magnetik (hubungan Bennett) harus berasal dari ion. Namun ion harus berada pada suhu 219 keV, yaitu ... 2,54 miliar derajat! Memang, haruslah:

Ti + 78 (diukur) = 296

Namun itu belum selesai. Sebelum eksperimen ini, Sandia pernah menggunakan "gas puff", yaitu "semprotan gas" yang dikirim ke pusat sistem dan dipadatkan dengan liner kawat.

Namun, ketidaksesuaian yang sama dalam keseimbangan tekanan muncul dalam implodasi Z-pinch gas puff [9], di mana profil kerapatan dan suhu sebenarnya telah diukur pada kondisi stagnasi, tetapi juga memiliki suhu ion terukur tinggi yang belum terjelaskan sebesar 36 keV.

Bagaimanapun, ketidaksesuaian yang sama mengenai keseimbangan tekanan telah ditemukan dalam eksperimen Z-pinch menggunakan "gas puff", di mana profil kerapatan dan suhu telah diukur pada kondisi stagnasi, tetapi juga menunjukkan suhu ion 36 keV (3 juta derajat) yang belum terjelaskan.

Namun, ketidaksesuaian yang sama mengenai keseimbangan tekanan telah ditemukan dalam eksperimen Z-pinch menggunakan "gas puff", di mana profil kerapatan dan suhu telah diukur pada kondisi stagnasi, tetapi juga menunjukkan suhu ion 36 keV (3 juta derajat) yang belum terjelaskan.

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

Sekali lagi, jika pembaca bisa mengirimkan PDF referensi (9), saya akan meninjau lebih dekat.

Haines mengecualikan pemanasan resistif, efek Joule sederhana yang pernah diteliti Yonas. Ia menyebutkan misalnya bahwa untuk memanaskan pinch dengan diameter 2 mm hingga 3 keV (hanya 3 juta derajat) dibutuhkan waktu 8 mikrodetik!

Ia hanya melihat medan magnet di sekitarnya sebagai sumber energi yang mungkin. Ia kemudian mengusulkan untuk mengaitkan pemanasan ion melalui instabilitas MHD panjang gelombang sangat pendek, yang diikuti oleh distribusi energi merata, pemanasan gas elektron melalui tumbukan ion-elektron, dan akhirnya hal ini menghasilkan emisi energi dari elektron tersebut (melalui Bremmstrahlung klasik, atau radiasi perlambatan, yaitu interaksi dengan medan magnet).

Apa yang berikutnya membahas sifat instabilitas MHD yang disebutkan. Kita sampai pada persamaan energi yang ditulis sebagai:

k adalah konstanta Boltzmann dan neq adalah frekuensi tumbukan. CA adalah kecepatan Halfven, Cs adalah kecepatan suara, a adalah diameter minimum plasma. Namun Haines menulis persamaan ini dengan cara berbeda, dengan menyatakan suhu dalam elektron-volt dan mengganti frekuensi tumbukan dengan kebalikannya, yaitu waktu tempuh bebas rata-rata teq.

Bandingkan dengan plasma jauh dari keseimbangan seperti gas neon di dapur Anda. Anda akan melihat bahwa kali ini suhu ion lebih tinggi daripada suhu elektron (padahal dalam tabung neon, sebaliknya: gas elektron panas, neon dingin). Berikut adalah persamaan untuk medium jauh dari keseimbangan seperti tabung neon sederhana.

Bagian pertama mewakili pemanasan gas elektron oleh efek Joule. J adalah vektor kerapatan arus dan s adalah konduktivitas listrik. Sisi kanan dari persamaan sebelumnya dibaca sebagai berikut. Di penyebut terdapat waktu tempuh bebas elektron dalam neon, yang kebalikannya adalah frekuensi tumbukan. Ketika elektron mentransfer energi ke ion, hal ini terjadi dengan sulit dan koefisien rasio massa muncul dalam persamaan.

Namun ketika ion menumbuk elektron, efisiensi transfer energi adalah satu. Jadi koefisien rasio massa menghilang, atau lebih tepatnya bernilai ... satu. Haines kemudian menghasilkan rumus klasik perhitungan frekuensi tumbukan elektron-ion. Kita berada dalam "regime Coulomb". Dalam ekspresi ini muncul penampang tumbukan efektif elektron-ion. Mereka yang mengenal teori kinetik gas akan mengenali ekspresi klasik ini.

Bagian yang membahas munculnya instabilitas MHD tetap cukup ringkas, terutama karena parameter Hall ion lebih besar dari satu.

Yang berperan dalam parameter ini adalah frekuensi tumbukan ion-ion.

Yonas menulis kepada saya bahwa "teori Haines menjelaskan dengan baik keadaan jauh dari keseimbangan ini", tetapi saya hanya setengah yakin. Katakanlah, "penjelasan" Haines masih sangat awal dan diringkas dalam sekitar dua puluh baris. Ia mengasumsikan bahwa instabilitas ini memengaruhi ion dan menyebabkan pemanasan viskos di dalam medium tersebut.

Pembaca mungkin bertanya-tanya seperti apa bentuk instabilitas ini dan bagaimana ia muncul. Dampak Joule per satuan volume adalah:

Instabilitas yang dipertimbangkan menciptakan turbulensi kerapatan arus. Garis arus mengencang, melebar, lalu mengencang lagi, menurut panjang gelombang panjang yang dihitung Haines dalam satuan mikron atau puluhan mikron. Ini adalah mikro-instabilitas. Jika secara lokal kerapatan arus meningkat, ini disertai dengan penguatan medan magnet, dan sebaliknya. Jadi ini adalah turbulensi elektromagnetik, khas pada pinch. Kita dapat menemukan turbulensi semacam ini di ... petir. Kilat tidak berlangsung lama, tetapi foto yang bisa diambil saat kilat memudar menunjukkan tetesan plasma berderetan. Dalam kasus ini gas (udara) tidak sepenuhnya terionisasi. Ketika pinch dari muatan terjadi, kerapatan arus meningkat, suhu elektron juga meningkat. Petir adalah busur listrik. Mekanisme yang terjadi sangat kompleks. Peningkatan intensitas arus listrik menyebabkan peningkatan pelepasan panas akibat efek Joule. Filamen plasma mengembang, dll...

Mikro-instabilitas yang disarankan Haines adalah "kerabat" dari instabilitas tersebut. Terjadi mikro-pinch. Nilai lokal kerapatan arus meningkat, yang secara berurutan menyebabkan peningkatan medan magnet dan tekanan magnetik di sekitarnya. Peningkatan ini cenderung memperkuat pinch. Ini adalah dasar dari instabilitas diri plasma, dari turbulensi elektromagnetik ini. Maka bisa terjadi ... banyak hal yang hanya dapat dimodelkan dengan perhitungan, yang tidak dilakukan Haines. Yang paling bisa dikatakan adalah bahwa medium ini kompleks. Misalkan sebelum instabilitas mulai memanaskan ion plasma, kedua suhu, elektronik dan ionik, sama, misalnya 20 juta derajat. Terjadi pinch. Ini menyebabkan peningkatan suhu elektron. Apakah ini menciptakan pelepasan elektron baru? Tergantung pada "waktu karakteristik ionisasi". Sekali lagi, data dan perhitungan. Namun, berbeda dari instabilitas Vélikhov, instabilitas ini memengaruhi gas ion melalui "viskositas". Secara fisik, pinch ini "goyangkan" ion secara radial.

Saya tekankan bahwa dalam plasma ini arus listrik adalah arus elektron dan bukan arus ion. Plasma ini terhubung ke elektroda logam. Ketika pinch terjadi, medan magnet dan gaya Laplace diperkuat, yang paling dirasakan oleh elektron, yang kemudian mentransmisikan guncangan ini ke ion melalui tumbukan. Penyempitan jaringan garis arus elektron menciptakan medan listrik radial yang bekerja pada ion, menariknya juga. Dalam instabilitas ini terjadi fenomena mikro-turbulensi yang memengaruhi gas elektron, yang kemudian mentransmisikan "guncangan" ini ke gas ion. Waktu karakteristik thermalisasi dalam gas ion sangat singkat (37 pikodetik).

Kemudian ia menulis persamaan energi untuk gas ion dengan memasukkan bagian pertama sebagai kontribusi dari pemanasan viskos oleh instabilitas;

Waktu karakteristik yang muncul di penyebut bagian kedua adalah waktu tempuh bebas rata-rata ion akibat tumbukan dengan elektron. Jadi ini adalah "waktu distribusi energi", waktu karakteristik penyamaan suhu antara ion dan elektron. Haines menyebutkannya sekitar "5 ns".

Perhatikan bahwa waktu distribusi energi ini melibatkan rasio (mi/me). Semakin panjang, semakin lemah keterikatan antara gas ion dan gas elektron. Untuk ion besi, rasio ini bernilai:

Tentu saja, kita bisa bertanya apakah selama proses ini kita dapat menganggap fungsi distribusi kecepatan dalam medium ion sebagai Maxwellian. Haines membenarkannya dengan menyebutkan nilai waktu relaksasi thermalisasi tii dalam medium ini sebesar 37 pikodetik. Karena waktu ini sangat singkat dibandingkan waktu distribusi energi, Haines menyimpulkan bahwa gas ion telah terthermalisasi, berbentuk Maxwellian. Ia kemudian menggunakan rumus di atas dengan nilai yang dipilih, yang mengarah pada panjang gelombang mikro-instabilitas MHD berkisar antara seperatus hingga sepersepuluh milimeter.

Dalam ekspresi ini A adalah massa atom besi (55,8), a adalah diameter minimum pinch, I adalah intensitas arus yang mengalir dalam kabel plasma (kita tidak lagi berbicara tentang liner kawat: kawat-kawat tersebut telah berubah menjadi plasma).

Kalimat kunci adalah:

Thus for stagnated Z pinches where

is significantly longer than a / c

the ion temperature will greatly exceed the electron temperature.

Jadi, untuk Z-pinch dalam kondisi stagnasi, jika waktu distribusi energi

signifikan lebih panjang dari rasio a / c

diameter pinch terhadap kecepatan Alfvèn, maka suhu ion akan jauh melebihi suhu elektron.

Kembali ke eksperimen yang dijadikan referensi, Haines mengadopsi nilai diameter kabel plasma sebesar 3,6 mm. Dengan nilai-nilai ini, ia mendapatkan "hasil yang konsisten dengan nilai 219 keV untuk suhu ion (2,5 miliar derajat Kelvin)". Ia menegaskan bahwa dalam eksperimen Saturn (referensi 3), rasio yang sama sekitar 3 hingga 4 telah ditemukan antara energi termal ion dan energi kinetik pinch, tetapi pada waktu itu pengukuran suhu ion belum dilakukan. Perbedaan utama adalah bahwa kini para eksperimen memiliki pengukuran tersebut, yang akan dijelaskan lebih lanjut.

Dengan demikian:

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.

Sungguh, tanpa pendekatan artifisial ini, tidak ada kode yang mampu memodelkan eksperimen dengan diameter array besar. Simulasi 2D dan 3D implodasi kawat umumnya [9] memerlukan parameter masukan seperti panjang gelombang dan amplitudo awal mode, serta nilai resistivitas "ruang hampa", yang didefinisikan pada tempat di mana kerapatan plasma turun di bawah nilai tertentu. Selain itu, tidak ada simulasi saat ini yang mencakup viskositas ion (apalagi tensor tegangan penuh) atau mesh cukup halus untuk memodelkan instabilitas panjang gelombang pendek yang diusulkan di sini. Sering kali prosedur ad hoc digunakan untuk mencegah kolaps radiatif.

Pernyataan ini menyeimbangkan penjelasan pemanasan ion oleh interaksi dengan medan magnet sekitar.

Pengukuran suhu ion melalui pelebaran garis spektrum akibat efek Doppler telah dilakukan, serta secara waktu menggunakan spektrometer kristal LiF yang berjarak 6,64 meter dari pinch. Lihat makalah untuk detail teknis mengenai spektrometer ini. Berikut adalah spektrum emisi:

Dalam baja tahan karat yang digunakan dalam eksperimen Z1141 ini, selain garis kromium dan besi yang mendominasi, juga terdapat garis mangan dan nikel. Evaluasi suhu didasarkan pada garis besi pada 8,49 keV dan garis mangan pada 6,18 keV. Pengukuran pada garis-garis ini, meskipun lebih lemah, kurang rentan terhadap gangguan opasitas.

Kemudian makalah ini menjelaskan keandalan pengukuran suhu ini, dengan kesalahan diperkirakan sebesar 35 keV. Berikut adalah evolusi suhu, daya radiasi, dan diameter pinch terhadap waktu.

Perhatikan bahwa batas kesalahan yang terkait dengan tiga pengukuran suhu ion besi tidak digambarkan pada grafik. Namun dalam makalah tertulis:

Kesalahan sebesar 35 keV diberikan pada pengukuran suhu berdasarkan ketidakpastian dalam mengukur lebar garis.

Kesalahan sistematis sebesar 35 keV dikaitkan dengan pengukuran suhu, karena ketidakpastian dalam penilaian perluasan garis.

Penulis hanya lupa mencantumkannya. Jangan lupa bahwa mereka enam orang. Baik satu orang yang menangani penulisan dan lima lainnya menandatangani, atau masing-masing menulis bagian kecil, sehingga artikel terasa seperti karya jahitan. Terserah pembaca untuk menentukan. Kita akan tambahkan batas kesalahan ini.

Terlihat bahwa titik pengukuran suhu ion besi berada dalam batas kesalahan pengukuran suhu ion mangan, dan sebaliknya. Dalam grafik, pengukuran suhu ion besi meningkat dari 200 hingga 300 keV, tetapi karena pengukuran ini saling tumpang tindih, tanpa mempertimbangkan perbedaan suhu (35 keV) antara populasi ion besi dan ion mangan (mungkin dengan alasan yang tepat), penulis memberikan nilai tengah antara 230 keV (2,66 miliar derajat Kelvin) hingga 320 keV (3,7 miliar derajat). Kita benar-benar "lebih dari 2 × 10⁹ Kelvin", "melebihi dua miliar derajat", bahkan jauh lebih besar karena nilai maksimum mencapai 3,7 miliar derajat. Selain itu, melihat bentuk kurva, tidak mustahil bahwa nilai yang lebih tinggi bisa terukur jika percobaan ini diulang dengan menempatkan empat gambar yang tersedia 5 ns lebih lambat. Dan jika kenaikan suhu ini, yang terkait dengan pemanasan ion yang berusaha dijelaskan Haines, tetap bertahan, bukan dua miliar derajat yang bisa dipertimbangkan, melainkan .... empat (ingat bahwa dalam supernova suhu mencapai sepuluh miliar derajat).

Secara logika, mengingat keandalan pengukuran suhu, penulis seharusnya menulis "Suhu 3,7 miliar derajat telah tercapai", dengan menyebutkan "nilai rekor", tetapi mereka hanya menyatakan "lebih dari dua miliar derajat". Mengapa keberanian ini? Di samping itu, perhatikan bahwa:

Dengan 500 juta derajat, bingo untuk fusi (tidak mencemari) lithium-hidrogen
Dengan satu miliar derajat, bingo untuk fisi (tidak mencemari) boron-hidrogen
Dengan empat miliar, apa? (kepada spesialis nuklir, tolong jawab)
Jika suatu hari kita mencapai sepuluh miliar derajat, maka semua reaksi sintesis nuklir yang menghasilkan atom dalam tabel Mendeleev menjadi mungkin. Artinya seluruh spektrum penciptaan.

Panggil saya Tuhan...

Grafik yang sama, menampilkan evolusi seiring waktu, kurva rata-rata digambarkan dalam warna hitam, sesuai yang dipakai dalam artikel.

Terlihat bahwa diameter plasma mencapai minimum tepat sebelum t = 110 ns. Terjadi emisi sinar-X selama sekitar 5 ns. Perhatikan nilai maksimum suhu yang tercatat. 300 keV (3,48 miliar derajat) untuk ion besi dan 340 keV (3,94 miliar derajat) untuk ion mangan.

Catatan: Rumus Bennet:

mo I² = 8 p Ni ( Ti + Z Te )

memberikan (lihat di atas) 2,5 miliar derajat untuk besi. Perhitungan ini merujuk pada percobaan Z1141 (18 juta ampere, liner 450 mg), sama seperti Gambar 1. Namun analisis dan data yang disajikan dalam artikel ini merujuk pada tiga percobaan (Z1141, Z1137, dan Z1386).

Komentar saya:

Kembali ke judul makalah Haines: " over 2 x 10⁹ Kelvin ", yang berarti " lebih dari dua miliar derajat ". Padahal sebelumnya sistem ini hanya mencapai satu juta lima ratus ribu, dua juta derajat, dan lebih, tiba-tiba mesin ini melonjak. Pembaca mungkin bertanya mengapa tidak ada emisi dari karbon. Namun (wikipedia), baja tahan karat austenitik mengandung sangat sedikit karbon (kurang dari 0,15%). Lihat kotak samping.

Baja tahan karat austenitik menyumbang lebih dari 70% dari total produksi baja tahan karat. Mereka mengandung maksimum 0,15% karbon, minimum 16% kromium, dan cukup nikel dan/atau mangan untuk mempertahankan struktur austenitik pada semua suhu, mulai dari wilayah kriogenik hingga titik lebur paduan.

Baja tahan karat austenitik (struktur kristal khusus) menyumbang 70% dari produksi. Mereka mengandung maksimum 0,15% karbon (...), minimum 16% kromium, dan cukup nikel dan/atau mangan untuk menjaga struktur austenitik pada semua suhu, mulai dari suhu sangat rendah, kriogenik, hingga titik lebur paduan.

Kita telah mencantumkan dua kurva suhu untuk gas ion besi dan gas ion mangan, yang tampak berbeda. Namun, pertama, rentang kesalahan yang diberikan untuk mangan membuat kita dapat menganggap bahwa dua suhu ini sebenarnya sangat dekat. Kedua, ion mangan, meskipun hampir memiliki muatan yang sama dengan ion besi (25 vs 26), jauh lebih ringan (30 vs 58). Tidak mustahil bahwa, ketika mengalami ketidakstabilan MHD, kedua gas ini yang erat terhubung menunjukkan efek ketidakseimbangan ringan (12%) dan memiliki suhu yang berbeda.

Haines: diameter plasma mencapai nilai minimum 1,5 mm dua nanosekon sebelum puncak emisi sinar-X. Ia memperkirakan bahwa saat puncak ini tercapai, kerapatan dan "ekuipartisi" harus maksimal (saya cenderung membaca "tren menuju ekuipartisi").

Coba kita "mendengarkan" berbagai kurva ini. Apa yang terjadi?

Kita memiliki empat titik pengukuran suhu. Satu dihilangkan, untuk besi, karena masalah pengukuran. Jumlah kecil ini sesuai dengan apa yang bisa ditangkap sistem perekam. Ini sudah luar biasa, bukan hanya memiliki pengukuran suhu, tetapi juga memahami perkembangannya seiring waktu. Namun kita tidak memiliki akses ke nilai-nilai sebelum t = 105 ns dan sesudah t = 115 ns.

Teks menyatakan bahwa saat "berhenti" (stagnasi) plasma, suhu elektron telah mencapai 3 keV, yaitu 35 juta derajat. Artinya, saat suhu ini maksimum, ia tidak akan naik lebih dari seperatus nilai maksimum suhu ion. Karena daya yang dipancarkan melonjak tajam, kita harus berasumsi bahwa sebelum t = 105 ns, daya tersebut jauh lebih rendah. Terlihat seperti suhu ini runtuh hingga faktor 9 pada sekitar t = 115 ns. Namun hukum Stefan menunjukkan bahwa daya radiasi berubah sebanding dengan pangkat empat suhu. Jadi penurunan sebenarnya adalah akar keempat dari 9, yaitu 1,73. Ini membuat Te turun menjadi 3 hingga 1,68 keV. Saya menggambar kurvanya, kira-kira:

Warna hitam menunjukkan perubahan suhu elektron. Warna merah menunjukkan perubahan daya radiasi (hukum Stefan).

Pada t = 105 ns, ion sudah panas (T sekitar 200 keV). Jadi mekanisme pemanasan ini, yang harus dijelaskan, terjadi sebelum stagnasi, saat radiasi minimal dari plasma berada pada t = 110 ns.

Secara skematis: plasma mengimplosi. Tanpa fenomena penambahan energi tambahan, yang harus dijelaskan, tetapi menurut Haines berasal dari konversi energi magnetik menjadi panas, plasma ini akan mengimplosi sepenuhnya, jika suhu ion sama dengan suhu elektron (kurang dari dua puluh juta derajat sebelum t = 105 detik).

Namun ion dipanaskan oleh tambahan energi ini. Suhu ion meningkat. Kopling antara gas ion dan gas elektron terjadi dalam "waktu karakteristik ekuipartisi" teq yang diperkirakan Haines sebesar 5 ns. Waktu kenaikan suhu elektron oleh karena itu sesuai dengan angka ini (dari 107 hingga 112 ns).

Haines mengatakan bahwa fenomena pemanasan gas ion ini cukup untuk menyeimbangkan tekanan magnetik, dan "kondisi stagnasi" benar-benar tercapai karena kecepatan karakteristik perubahan jari-jari plasma hanya 15% dari kecepatan termal ion. Kita dapat memperkirakan kecepatan agitasi termal ion besi antara nilai minimum dan maksimum suhu yang diukur.

Untuk suhu minimum, 230 keV atau 2,66 miliar derajat: < Vi > = 1066 km/s
Untuk suhu maksimum, 320 keV atau 3,7 miliar derajat: < Vi > = 1258 km/s

Haines membandingkan nilai-nilai ini dengan "kecepatan ekspansi" plasma dan menyatakan bahwa itu hanya 15% dari nilai tersebut. Apapun cara menghitungnya dengan mengambil titik-titik dari kurva, nilainya tetap lebih kecil dari kecepatan termal, yang tampaknya memang menunjukkan bahwa tekanan dalam plasma telah menyeimbangkan tekanan magnetik.

Setelah itu, diameter plasma kembali meningkat. Mengapa? Karena pemanasan ion terus berlanjut. Kita bisa mencoba menghitung ekspansi ini.

Ada satu hal yang belum saya pahami saat ini: mengapa suhu elektron turun, padahal gas elektron seharusnya terus mendapat energi dari gas ion yang tetap memanas, setidaknya dalam rentang waktu yang dapat diakses.

Klarifikasi: Berapa kecepatan agitasi termal dalam gas elektron yang dipanaskan hingga 3 keV (35 juta derajat)?

Misalkan kita berhasil mengalirkan arus 18 juta ampere melalui kabel plasma dengan diameter setengah milimeter. Berapa nilai medan magnet di permukaan plasma dan nilai tekanan magnetik yang sesuai? (dengan asumsi konduktor tak hingga, tentu saja)

27 Juni 2006: Di Prancis, ide menarik.

Dalam laporan lain tentang mesin magneto-kumulasi, yang terinspirasi dari mesin Rusia tahun 1950-an, kita telah melihat prinsip mesin MK-1. Kemudian orang-orang mencoba menggunakan liner bukan berbentuk silinder, tetapi kerucut. Hasilnya adalah "efek charge hollow". Massa liner yang berkumpul di sumbu menciptakan jarum yang ditembakkan dengan kecepatan tinggi. Saya kira kecepatannya mencapai 80 km/s. Harus diverifikasi. Yang pasti, seperti yang saya perhatikan dari Violent, kita bisa mempertimbangkan mesin Z dengan liner berbentuk kabel bukan silinder, tetapi kerucut. Dengan cara ini, kita bisa mengharapkan efek charge hollow yang sama. Berbagai konfigurasi dapat dibayangkan. MHD adalah medan favorit untuk solusi paling kreatif. Di bawah ini adalah susunan terdiri dari dua kerucut dengan alas bersama. Jika dua jarum plasma terbentuk dan saling bertabrakan, kita bisa mendapatkan suhu yang lebih tinggi, bahkan dengan mesin seperti di Gramat.

Kita tidak bisa melakukan lebih dari menggambar ini. Simulasi bisa dipertimbangkan, dan tentu saja eksperimen.

Ada ide lain yang muncul: membuat liner meluncur di atas bicone. Ide ini bukan baru. Berikut adalah gambar, sesuai dengan liner kontinu:

implosion pada bicone

Cukup mengganti dengan liner berbentuk kabel. ---

16 Juli 2006. Berapa nilai parameter Hall bi = Wi tii untuk ion?

Dalam makalahnya, Haines menyatakan bahwa nilai ini lebih besar dari satu. Parameter ini adalah rasio antara gyrofrekuensi dan frekuensi tumbukan. Menurut Haines, frekuensi tumbukan ionik terutama merupakan frekuensi tumbukan ion-ion. Invers dari waktu relaksasi tii diberikan sebagai 37 pikosekon. Ini memberikan frekuensi tumbukan:

nii = 3 × 10¹⁰

Frekuensi gyro adalah:

frekuensi gyro ion

Ini memberi nilai bi = 0,258 Z untuk parameter Hall ion, dengan Z adalah muatan ion (maksimum 26 jika ion benar-benar terlepas dari elektron). Jadi, seperti yang dikatakan Haines, parameter Hall lebih besar dari satu. Banyak pekerjaan menanti bagi para teoretikus seperti kita.

laplace

Data tambahan (sumber: http://www.sandia.gov/pulsedpower/prog_cap/pub_papers/023862p.pdf)

Profil karakteristik arus dalam mesin Z:

Kependekan kenaikan intensitas (seratus nanosekon) inilah yang memungkinkan hasil ini pada mesin Sandia. Ternyata, sublimasi kabel berjalan lebih lambat dari perkiraan. Struktur "liner kabel" ini dapat bertahan selama implosi, menjaga asimetri aksial, yang langsung hilang saat objek berubah menjadi tirai plasma dan mulai berputar akibat ketidakstabilan MHD. Jika kita mencoba mengimplosi liner dari silinder logam, hasilnya hampir sama seperti mencoba menghancurkan silinder kertas dengan tangan. Saya kira orang Prancis (mesin Sphinx, makalah yang dipresentasikan di Tomsk, Siberia pada September 2006, waktu kenaikan minimal: 800 nanosekon) tidak sepenuhnya memahami pentingnya aspek ini, seperti yang langsung saya sampaikan kepada Yonas melalui email pada tahun 2006.

17 Februari 2008: Klarifikasi tentang reaksi sampingan terkait rumus B11 + H1

Boron memiliki 5 muatan listrik, hidrogen memiliki 1. Karbon memiliki 6, nitrogen memiliki 7.

Pendinginan radiatif plasma terjadi melalui radiasi perlambatan. Daya yang dipancarkan berubah sebanding dengan kuadrat muatan listrik. Daya yang dipancarkan dalam bentuk sinar-X oleh elektron yang berputar di sekitar atom boron jadi 25 kali lebih besar dibandingkan saat berputar di sekitar atom hidrogen (ringan atau berat, yang penting adalah muatannya).

B11 + H1 menghasilkan C11 + n + 2,8 MeV
Waktu paruh karbon C11: 20 menit. Ruang dapat dibuka tanpa bahaya 10 jam setelah mesin dimatikan.

B11 + He4 menghasilkan N11 + n + 157 keV
Perlindungan: 20 cm boron-10 atau 1 meter air.

Radioaktivitas yang diinduksi pada elektroda berilium: 5 mikrocurie per tahun (data: konsensus Lerner)

Menurut Lerner, dalam fusi impulsif ini kita menggunakan ketidakstabilan MHD. Deskripsi mekanisme olehnya adalah sebagai berikut. Muatan listrik "payung" cenderung awalnya membentuk kondensasi plasma seperti "tulang punggung payung". Kemudian filamen-filamen ini berputar mengikuti sumbu membentuk kabel plasma. Kabel ini, karena ketidakstabilan kink, berkonfigurasi "seperti kabel telepon spiral". Dalam struktur ini kemudian terbentuk "plasmoide terkunci diri" — titik panas dengan volume sangat kecil, kurang dari satu mikron kubik. Dalam plasmoide ini medan magnet memiliki topologi toroidal. Pincet baru sepanjang sumbu plasmoide-titik cair ini. Dan saat itulah, menurut Lerner, reaksi fusi terjadi.

18 Maret 2008: Komentar setelah terbitnya artikel di majalah Science et Avenir.

Jurnalis David Larousserie menerbitkan artikel berjudul "Keberhasilan Z-machine" dalam edisi Maret 2008 majalah yang ia tulis: Science et Avenir. Ia menelepon saya dan bertanya di mana saya membaca bahwa eksperimen Sandia pada 2005-2006 berhasil melebihi, bukan dua miliar derajat, tetapi tiga miliar derajat. Saya mengarahkannya ke makalah Haines, tanggal 24 Februari 2006, Gambar 3, di mana secara eksplisit disebutkan bahwa suhu ion naik dari 230 hingga 320 keV. Kecuali saya salah, 320 keV setara dengan suhu 3,68 miliar derajat.

Ia tidak membahas kemungkinan fusi aneutronik boron-hidrogen dalam artikelnya, hanya menyebut teknik holraum. Biasanya, kemajuan besar dalam suhu ini diterima dengan buruk di kalangan yang terkait, dekat atau jauh, dengan proyek ITER, di mana lebih disukai mengabaikan perspektif ini dan membatasi Z-machine untuk aplikasi militer. Karena jika suatu hari ternyata masa depan fusi melalui suhu sangat tinggi (satu miliar derajat) maka teknologi Tokamak tidak akan bisa mengejar.

Dalam artikelnya, Larousserie mencatat apa yang ia dapat dari percakapan dengan Alexander Chuvatin dari Laboratorium Fisika dan Teknologi Plasma (LPTP) École Polytechnique. Ia mengutip pernyataan ini, yang kami kutip:

- Jangan terlalu bersemangat tentang suhu ini. Suhu tersebut hanya ada dalam waktu yang sangat singkat dan terlokalisasi di area yang tidak stabil. Ini membuat fusi menjadi mustahil, karena diperlukan kepadatan materi tinggi, waktu penahanan cukup lama, dan energi tinggi.

Menurut Larousserie, Chuvatin mengusulkan penjelasan atas anomali yang disebutkan Haines di awal makalahnya. Kami kutip pernyataan Haines:

Ada kesulitan dalam memahami energi radiasi dalam implosi Z-pinch kabel bisa mencapai hingga 4 kali energi kinetik [1,4] (tanggal referensi: 1997 hingga 2002, menunjukkan bahwa masalah ini bukan hal baru), dan juga bagaimana tekanan plasma bisa cukup untuk menyeimbangkan tekanan magnetik saat stagnasi jika suhu ion dan elektron sama. Secara teori, tekanan magnetik berlebih seharusnya terus mengompresi plasma hingga runtuh secara radiatif. Beberapa teori telah dikembangkan untuk menjelaskan pemanasan tambahan, tetapi tidak satu pun dari teori ini membahas ketidakseimbangan tekanan.

Saya jujur tidak memahami komentar Chuvatin. Yang penting adalah apa yang muncul dari rumus Bennet, yang secara sederhana menyatakan bahwa tekanan plasma menyeimbangkan tekanan magnetik. Rumus ini diberikan dalam makalah Haines, dan saya telah menjelaskan cara menurunkannya (sangat jelas):

rumus Bennet

Haines menekankan dengan jelas: agar plasma tidak hancur, suhu harus 296 eV. Yang baru dalam makalah 2006 adalah bahwa suhu ion ini, sebelumnya dihitung dari rumus ini, kini diukur melalui perluasan garis dan dikonfirmasi. Dalam hal ini, makalah Haines sangat jelas.

Komentar Chuvatin menyiratkan bahwa suhu tinggi ini "mungkin hanya menarik bagi wilayah kecil dan sangat tidak stabil". Maka kita berpikir tentang "titik panas" dalam eksperimen Lerner, terkait plasmoide terkunci diri berukuran mikrometer. Jika itu maksudnya, berarti hanya volume kecil plasma yang mengalami suhu setinggi itu. Namun jangan lupa bahwa suhu juga merupakan kerapatan energi, dalam joule per meter kubik. Jika suhu ini hanya menyangkut fraksi sangat kecil dari plasma, baik dalam volume maupun massa, maka tekanan harus dihitung dari rata-rata kerapatan energi. Dan rumus Bennet tidak akan terpenuhi.

Saya merasa lebih sederhana, mengingat pengukuran suhu melalui spektroskopi sangat sesuai dengan rumus Bennet, menyimpulkan bahwa kenaikan suhu ini kemungkinan besar melibatkan seluruh massa kabel plasma, bukan titik panas kecil.

Mengenai kelayakan fusi: tentu saja kita belum sampai di sana, meskipun fusi D-T sudah dipertimbangkan di AS. Namun tidak diragukan lagi bahwa Z-pinches seperti Z-machine merupakan jalur yang sangat menarik dibandingkan dengan jalur berat dan penuh masalah seperti ITER atau MEGAJOULE, sekaligus biayanya dua orde lebih rendah dan fleksibilitasnya sangat luar biasa. Sungguh disesalkan bahwa dua tahun telah berlalu sejak terbitnya makalah Haines tanpa mendapat respons di Prancis, kecuali kelanjutan eksperimen pada alat Sphinx, yang menurut kami tidak sepadan, baik dari segi peralatan maupun manusia, dengan pentingnya isu: fusi aneutronik!

16 Februari 2009: Setelah banyak tukar pikiran dengan para fisikawan plasma panas dan orang-orang yang bekerja pada Z-pinches, kesimpulan berikut muncul:

Lingkungan ini tetap kurang dipahami. Secara umum, para peneliti menyatakan bahwa plasma ini sangat turbulen, bahkan mungkin menjadi tempat mikro-turbulensi. Memang penting menjelaskan dari mana energi yang dipancarkan sebagai sinar-X berasal, yang merupakan sesuatu yang nyata, terukur, dan melebihi energi kinetik kolektif ion logam selama perjalanan mereka menuju sumbu sistem sekitar 3 hingga 5 kali lipat. Seperti yang telah kita lihat, Malcom Haines menyebut ketidakstabilan MHD tanpa menjelaskannya secara rinci. Lalu muncul kata spheromak, elemen terkunci diri yang terbentuk akibat ketidakstabilan ini, dengan garis medan magnet menutup pada dirinya sendiri dalam geometri toroidal. Dimensi objek-objek ini spekulatif. Orang-orang seperti Lerner (eksperimen Focus) menggunakan istilah "titik panas". Pengukuran yang dilakukan tidak memiliki resolusi spasial dan temporal yang cukup untuk mengungkap fenomena ini.

Haines mengevaluasi pemanasan efek Joule dan menyimpulkan bahwa itu tidak cukup untuk menjelaskan kenaikan suhu yang terukur. Namun bagaimana memahami pertukaran energi misterius antara kabel plasma dan lingkungannya, di mana tekanan magnetik mencapai 90 megabars, setara dengan medan magnet 4800 tesla? Saat Haines menghitung dissipasi efek Joule, ia berasumsi plasma homogen. Medan listrik mempercepat muatan. Pergerakan muatan ini terhambat oleh tabrakan dengan segala sesuatu yang menjadi penghalang dalam plasma. Dalam perhitungan Haines, melibatkan ion dari berbagai spesies, efek tumbukan meningkat sebanding dengan kuadrat muatan listrik mereka.

Turbulensi membuat lingkungan tidak homogen pada berbagai skala. Dalam mekanika fluida, difusi turbulen lebih dissipatif dibandingkan dissipasi laminar. Ambil contoh profil sayap pesawat. Saat turbulensi muncul, hambatan gesekan di permukaan meningkat. Lapisan batas menjadi lebih tebal. Dalam lapisan itu, proses dissipatif menghasilkan lebih banyak panas. Semua ini terjadi melalui fenomena mikro-turbulensi yang tak terlihat oleh mata telanjang.

Ada analogi saat memikirkan plasma. Aliran arus listrik, yang diasumsikan homogen dalam evaluasi Haines (hipotesis kerja sederhana!), berhenti menjadi laminar. Wilayah mikro-ketidakstabilan MHD menjadi penghalang bagi aliran arus. Terjadi peningkatan impedansi awal yang dilaporkan oleh Christian Nazet. Selain itu, pembentukan spheromak semacam ini sejalan dengan distribusi suhu yang kacau. Ini ide Lerner. Dalam plasma dengan suhu global lebih rendah dari suhu kritis fusi dan kondisi Lawson tidak terpenuhi (secara makroskopis), kondisi ini bisa muncul secara sementara dalam objek-objek kecil yang kita tidak tahu seberapa lama hidupnya.

Ternyata saya pernah menghabiskan satu hari penuh, sekitar tiga puluh tahun lalu, bersama astronom Fritz Zwicky, pencipta konsep supernova pada 1931, di atas kapal. Tiba-tiba saya teringat hipotesisnya tentang "peri nuklir", spheromak sebelum kata itu ada, yang ia bayangkan muncul di inti matahari akibat ketidakstabilan MHD, dan yang pernah ia ceritakan saat berjalan-jalan di laut.

Kembali ke Z-pinches. Kita harus menarik energi dari suatu tempat. Energi magnetik yang tersedia di sekitar kabel plasma adalah sumbernya. Ingat bahwa tekanan (di sini tekanan magnetik) adalah kerapatan energi per satuan volume. Jika energi ini ditransfer ke kabel plasma, maka akan mengurangi energi elektromagnetik di sekitarnya. Jangan lihat di sini sebagai "keajaiban". Mikro-ketidakstabilan yang muncul dalam plasma meningkatkan resistivitasnya, menciptakan dissipasi tambahan, dan dengan mengurangi intensitas arus, juga mengurangi medan magnet di luar kabel. Sistem berhubungan.

Saya sangat mengenal ketidakstabilan elektrotermal (Vélikhov). Ini adalah jenis turbulensi plasma bitemperatur yang ditandai fluktuasi besar suhu elektron. Di satu sisi, dengan membentuk plasma seperti kue lapis, bergantian antara zona sangat dan lemah ionisasi, ini menghancurkan kinerja generator MHD. Di sisi lain, ini menunjukkan bagaimana ketidakstabilan MHD bisa menciptakan wilayah lebih panas dan lebih ionisasi secara lokal (dalam struktur datar), fenomena yang sangat nonlinier. Hipotesis pembentukan titik panas menggambarkan skenario lain dari munculnya mikro-ketidakstabilan, kali ini dalam 3D. Dalam fenomena sangat nonlinier seperti ini, lonjakan suhu dan kerapatan bisa sangat besar. Maka reaksi "fusi mikro" menjadi mungkin.

Jadi terlalu dini untuk menyimpulkan bahwa dengan sistem seperti Z-machine kita "sangat jauh dari kemampuan mencapai fusi". Jika kita berasumsi plasma homogen: ya.

Sekarang ke pertanyaan pengukuran suhu. Pertama, apa yang kita ukur sebagai suhu? Dalam teori kinetik gas, ini adalah ukuran energi kinetik rata-rata untuk spesies tertentu. Suatu medium bisa terdiri dari beberapa spesies berbeda, masing-masing memiliki suhu sendiri. Suhu-suhu ini bisa sangat berbeda. Dalam tabung fluorescent, suhu elektron jauh lebih tinggi daripada suhu ion dan netral. Kita menyebutnya ionisasi non-termodinamik (energi diberikan oleh medan listrik yang mempercepat elektron). Jika medan ini dimatikan, elektron kehilangan energi melalui tabrakan: gas elektron mendingin dan ionisasi menghilang.

Kita harus menghitung frekuensi tumbukan elektron-gas. Inversnya menjadi waktu relaksasi. Jika kita membiarkan medium bitemperatur sendiri, ekuipartisi terjadi sesuai dengan frekuensi tabrakan.

Keseimbangan termodinamik lengkap adalah kesamaan semua suhu pada nilai tunggal, dan distribusi kecepatan setiap spesies mengambil bentuk distribusi Maxwell-Boltzmann (kurva Gauss). Plasma Z-machine berada dalam kondisi tidak seimbang terbalik, di mana gas elektron lebih dingin daripada gas ion. Jika kita mengabaikan aliran energi dari ketidakstabilan MHD yang perlu dimodelkan (turbulensi mikro plasma), energi yang harus dipertimbangkan bersifat kinetik. Gaya Laplace bekerja pada kabel stainless steel, mendorongnya satu sama lain hingga mencapai 400 km/s. Gaya ini juga bekerja pada elektron. Arus yang mengalir dalam kabel bersifat elektronik, bukan ionik. Elektron membawa ion bersamanya. Kita tidak bisa memisahkan populasi ini, seperti pasangan yang terlalu dekat, jika jaraknya melebihi jarak Debye. Hasilnya adalah bahwa ion dan elektron berkumpul di sekitar sumbu simetri dengan kecepatan yang sama. Namun energi kinetiknya berbeda. Partikel ringan membawa energi lebih sedikit.

Haines kemudian mengevaluasi waktu relaksasi berbeda, terkait jenis tumbukan yang mungkin terjadi.

- Ada tumbukan elektron-elektron

- Tumbukan ion-ion

- Tumbukan elektron-ion

Pertukaran energi antara dua partikel dengan massa berbeda sebanding dengan rasio massa partikel yang lebih ringan dibagi massa partikel yang lebih berat. Di dalam spesies yang sama, pertukaran energi ini maksimum, karena rasio tersebut bernilai satu. Haines kemudian memperkirakan waktu relaksasi sebesar 37 picosekon. Kurva-kurva tersebut menunjukkan waktu pembatasan plasma sekitar beberapa nanosekon (sekitar lima). Saya tidak tahu berapa lama waktu pengukuran suhu berdasarkan perluasan garis spektral. Ini pasti disebutkan di suatu tempat dalam makalah Haines. Jika dibandingkan waktu relaksasi dalam spesies yang sama (elektron-elektron atau ion-ion), waktu tersebut lebih dari satu orde besar dibandingkan waktu relaksasi. Ini sudah cukup untuk menyatakan bahwa spesies ionik dapat digambarkan dengan fungsi Maxwell-Boltzmann.

Pengukuran berdasarkan perluasan garis menggabungkan efek Doppler-Fizeau menurut "garis pandang" seperti yang disebut astronom, yaitu menurut distribusi radial. Dan inilah cara ke-sembilan untuk menyimpang dari keseimbangan termodinamika: anisotropi. Tetapi Anda mungkin berkata, apakah medium gas bisa memiliki "wajah termal" yang berbeda tergantung sudut pandang? Hal ini terjadi di belakang gelombang kejut intens, seperti "pukulan palu" yang memberikan impuls awal secara tegak lurus pada atom melalui gelombang, lalu cepat "tertermalisasi", dengan peningkatan kecepatan gerakan yang didistribusikan ke semua arah dalam beberapa tumbukan. Di sini kita juga dapat mempertimbangkan waktu relaksasi. Dari perkiraan kasar, saya cenderung mengatakan bahwa anisotropi ini seharusnya dapat diabaikan. Namun sekali lagi, semua kesimpulan didasarkan pada asumsi tentang sifat medium yang diteliti, pada skala mikroskopis. Ditambah lagi dengan medan magnet dan fluktuasi lokal serta temporal, selamat datang!

Seberapa andal pengukuran suhu berdasarkan perluasan garis ini? Apakah kita sebenarnya mengukur suhu dari subkelompok: yaitu ... titik-titik panas? Kita tahu bahwa daya radiasi mengikuti hukum Stefan, yang naik sebanding dengan pangkat empat suhu sumber. Dilema.

Di sinilah kita harus beralih ke persamaan Bennet, non-implosi kabel plasma. Jari-jari kabel melewati nilai minimum. Pada saat tepat ini tekanan ionik harus seimbang dengan tekanan magnetik, yang mendukung suhu 300 keV. Ambil tabung manometer. Ini memberikan nilai tekanan dengan mengintegrasikan sangat banyak tumbukan partikel di permukaannya. Di sini tidak lagi berbicara tentang hukum Stefan. Tekanan dalam campuran adalah jumlah dari tekanan parsial. Dan tekanan juga merupakan kepadatan energi per satuan volume. Jika persamaan Bennet memberikan 300 keV, maka ini memberikan nilai rata-rata energi partikel. Nilai ini setara dengan lebih dari tiga miliar derajat Kelvin, titik panas atau tidak, tetap saja.

Saya tahu semua ini cukup membingungkan. Mari kita ambil contoh tabung fluorescent. Gas dingin, elektron panas. Lakukan pengukuran suhu dengan spektroskopi (dalam tabung fluorescent cahaya dipancarkan bukan oleh gas, tetapi oleh lapisan fluoresen yang melapisi bagian dalam wadah). Emisi gas berada di wilayah UV. Apakah kita akan menyimpulkan bahwa gas ini bersuhu 10.000°C? Tidak, yang bersuhu tinggi adalah gas elektron. Jika tidak ada persamaan Bennet, kita bisa tergoda untuk berpikir bahwa pengukuran suhu berdasarkan perluasan garis ini bias.

Semua ini membuat kita menyimpulkan bahwa masih banyak hal yang harus dipelajari. Saya telah merekomendasikan (vox clamat in deserto) pembentukan proyek Eropa Z-pinch. Jika LMJ tidak memberikan hasil yang diharapkan, kita harus segera beralih ke sesuatu yang lebih murah.

Catatan terakhir.

Ketika saya berada di konferensi tentang Daya Tinggi Pulsed di Vilnius, Lithuania, pada bulan September 2008 (di mana saya menyampaikan tiga makalah, lihat http://www.mhdprospects.com), saya langsung berhadapan dengan orang-orang Amerika, Matzen dan Mac Kee, pada hari pertama. Matzen adalah pengelola eksperimen ZR di Sandia, sedangkan Mac Kee adalah wakilnya. Saya sangat terkejut ketika mereka langsung tersenyum begitu saya menanyakan tentang ZR dan langsung berkata:

- Makalah Haines tahun 2006? Dia salah, suhu sebenarnya jauh lebih rendah, setidaknya satu orde besar! - Tapi tetap saja ada perluasan garis spektral yang sangat kuat .... - Seorang Israel, Yitziak Maron, telah meninjau ulang semua ini dan menyimpulkan bahwa Haines salah menafsirkan spektrogram tersebut. - Apakah ini sudah dipublikasikan? - Tidak, kami tidak melakukannya, agar tidak membuat Malcom merasa tersinggung. (...)

Malamnya, karena saya terus menekan, Mac Kee berdiri di depan konsol dan berkata:

- Saya akan mengirim email ke Maron di depan Anda, dan besok kita akan mendapatkan penjelasannya.

Keesokan harinya, saya bertemu Mac Kee:

- Jadi, penjelasan dari Maron? - Hmmm... kami lebih suka tidak mempublikasikan hal ini untuk saat ini; - Tapi setidaknya Anda bisa memberi saya membaca email-nya ..... - Masalahnya... dia menjawab secara telepon (....)

Kemudian muncul penjelasan yang kabur dan kurang meyakinkan.

Dua hari kemudian, Matzen menyampaikan perkembangan ZR di atas panggung, fokus pada aspek teknologi besar yang luar biasa, didukung foto-foto indah. Di sinilah saya belajar bahwa eksperimen pembentukan es VII tidak dicapai melalui kompresi implosif, tetapi melalui kompresi ledakan, dengan skema eksperimen berbeda, di mana arus mengalir seperti "payung", yaitu masuk melalui tiang besar axial dan kembali melalui liner kawat, di mana medium yang ingin dikompresi ditempatkan di luar. Tidak ada hubungan dengan eksperimen sebelumnya. Di akhir presentasinya, saya meminta mikrofon dan berkata:

Kami baru saja mengadakan diskusi beberapa hari sebelumnya di mana Anda meragukan analisis Haines terhadap pengukuran suhu pada mesin Z, melalui spektroskopi, yang dipublikasikan pada tahun 2006 di Physical Review D. Menurut Anda, suhu ion setidaknya jauh lebih rendah satu orde besar. Anda mengatakan bahwa Yitziak Maron dari Institut Weisman di Yerusalem telah mencapai kesimpulan ini. Karena hal ini penting, bisakah Anda menjelaskan lebih lanjut?

Matzen:

- Hmmm.... this is a good question

Kemudian sejenak diam, yang kemudian terputus oleh ketua sesi.

Setelah kembali ke Brussels, saya mengirim email ke Maron dari Israel, yang memberikan jawaban kabur tanpa menjawab pertanyaan saya, sambil memuji Haines secara berlebihan. Ia bilang bahwa ia akan segera bergabung dengan Sandia dalam beberapa hari mendatang.

Saya mengirim email lain ke Gerold Yonas, direktur ilmiah Sandia, yang langsung merespons dengan jawaban sangat singkat.

- Ya, ini juga misteri bagi saya. Saya akan meminta Matzen menjelaskan masalah ini.

Sejak akhir Oktober 2008, tidak ada kabar sama sekali.

18 Februari 2008: Mengenai Fusi Tanpa Neutron

Dalam reaksi fusi, dua inti harus didekati pada jarak yang cukup kecil agar reaksi nuklir dapat terjadi. Fisika nuklir di titik ini mirip dengan dunia kimia. Radioaktivitas, alami atau dipicu, hanya berarti bahwa inti tidak stabil. Fisi adalah reaksi pemecahan spontan yang menghasilkan inti dengan massa lebih kecil daripada inti awal. Dalam pemecahan Uranium-235 atau Plutonium-239, produk dari pemecahan spontan ini memiliki massa mendekati separuh massa inti awal.

Ada emisi neutron, yang dapat, ketika menabrak inti U-235 atau Pu-239 lainnya, memicu pemecahan baru, fisi yang dipicu oleh tumbukan. Maka kita bisa berbicara tentang fisi otokatalitik. Inti memiliki efektifitas penangkapan. Dengan mengetahui efektifitas ini, kita dapat menghitung massa kritis. Ini adalah massa bola yang jari-jarinya kira-kira sama dengan jarak tempuh rata-rata neutron sebelum bertumbukan dengan inti bahan fisi.

Kita bisa mengurangi massa kritis dengan meningkatkan kepadatan inti melalui kompresi, yang dalam bom dilakukan oleh bahan peledak kimia.

Ambil gas pada suhu mutlak T. Jika medium ini sangat kolisional (artinya medium berada dalam keadaan sangat dekat dengan keseimbangan termodinamika dengan statistik Maxwell-Boltzmann), nilai rata-rata kecepatan gerakan termal dari partikel-partikel ini diberikan oleh rumus di bawah ini. Beberapa gambar dan rumus memungkinkan pemahaman skematis konsep efektifitas tumbukan (yang mengarah ke reaksi nuklir) dan frekuensi tumbukan (reaksi nuklir yang dipertimbangkan). Di sini kita mengurangi kecepatan ion bermassa m menjadi nilai rata-rata . Kita anggap bahwa segala sesuatu yang terbawa saat melewati "jaring" yang dibentuk oleh efektifitas tumbukan akan menghasilkan probabilitas reaksi sebesar satu, dan untuk yang berada di luar, probabilitasnya nol.

frekuensi tumbukan

**Frekuensi tumbukan, waktu karakteristik reaksi **(fusi)

Tetapi tidak cukup hanya frekuensi tumbukan yang memadai, waktu karakteristik reaksi harus lebih kecil dari waktu pembatasan. Selain itu, suhu ion harus cukup tinggi agar ion-ion tersebut, bergerak dengan kecepatan terpusat pada kecepatan rata-rata , dapat melewati hambatan Coulomb, yang menolak pendekatan dua ion bermuatan positif. Ini mengarah pada suhu sekitar 100 hingga 200 juta derajat untuk campuran deuteron-tritium D-T, yang biasanya diperkirakan fisikawan dalam kilo-elektron-volt (keV), menurut rumus:

e V = k T

e adalah muatan listrik elektron, yaitu 1,6 × 10⁻¹⁹ coulomb

k adalah konstanta Boltzmann = 1,38 × 10⁻²³

Dengan demikian, satu elektron-volt setara dengan (e/k) derajat Kelvin, yaitu 11.600 °K.

Karena kita berpikir dalam orde besar, kita menyamakan 1 eV dengan suhu 10.000 °K. Maka suhu ionik harus berada antara 10 hingga 20 keV.

Agar reaksi fusi dapat dimulai, syarat Lawson harus terpenuhi.

perhitungan Lawson

Fungsi L ini bergantung pada suhu plasma. Efektifitas tumbukan Q(V) bergantung pada kecepatan relatif inti dan dengan demikian pada kecepatan rata-rata , sehingga pada suhu ion.

Garis Lawson

Garis Lawson

Reaksi deuteron-tritium menghasilkan neutron. Kita sudah lama mengetahui reaksi yang tidak menghasilkan neutron. Lihat Fusi Tanpa Neutron.

Hanya sejumlah kecil reaksi fusi yang terjadi tanpa emisi neutron. Berikut adalah reaksi dengan efektifitas tumbukan terbesar.

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

Dua reaksi pertama menggunakan deuteron sebagai bahan bakar, tetapi beberapa reaksi sekunder 2D-2D menghasilkan sedikit neutron. Meskipun fraksi energi yang dibawa neutron dapat dibatasi dengan memilih parameter reaksi, fraksi ini kemungkinan besar tetap lebih tinggi dari ambang 1%. Maka sulit untuk menganggap reaksi ini sebagai tanpa neutron.

Upaya sekarang difokuskan pada reaksi terakhir. Jika reaksi yang disebutkan tidak menghasilkan neutron, reaksi sekundernya tetap menghasilkan neutron. Jika kita berdasarkan waktu relaksasi yang dihitung oleh Haines, dan jika ada perbedaan suhu sebesar faktor seratus antara gas elektron dan gas ion (yang lebih panas dalam keadaan "tidak seimbang terbalik"), kita tetap dapat menganggap populasi ion berada dalam keadaan dekat keseimbangan termodinamika, pada suhu sendiri, sehingga merupakan plasma termal. Maka akan ada reaksi yang menghasilkan neutron sebagai berikut:

11B + alpha → 14N + n0 + 157 keV (eksotermik)

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

Isotop karbon ini memiliki waktu paruh 20 menit.

Beberapa orang memperkirakan energi yang dilepaskan oleh reaksi ini sekitar 0,1% dari total.

Ada juga reaksi yang menghasilkan sinar gamma:

11B + p+ → 12C + n0 + γ 16 MeV

Reaksi ini hanya memiliki probabilitas 10⁻⁴ dibandingkan reaksi yang menghasilkan alfa.

Ada juga reaksi fusi boron-deuterium atau deuteron-deuteron yang menghasilkan neutron:

11B + 2D → 12C + n0 + 13,7 MeV

2D + 2D → 3He + n0 + 3,27 MeV

Reaksi ini dapat dihilangkan dengan menggunakan bahan bakar isotop murni.

Komponen utama pelindung adalah air untuk memperlambat neutron cepat, boron untuk menyerap neutron tersebut, dan logam untuk menyerap radiasi-X dengan ketebalan total sekitar satu meter.

Suhu yang dibutuhkan agar reaksi boron-hidrogen dimulai sepuluh kali lebih tinggi dari campuran deuteron-tritium. Selain itu, ada pertanyaan tentang reaktivitas optimal. Untuk campuran terakhir ini berada sekitar 66 keV (730 juta derajat). Untuk boron-hidrogen kita mencapai 600 keV (6 miliar derajat). Namun, kita telah melihat bahwa mencapai suhu sangat tinggi memang mungkin dengan mesin Z, dengan catatan bahwa suhu maksimum yang dicapai meningkat sebanding dengan kuadrat intensitas arus. Menurut logika ini, suhu yang bisa dicapai oleh ZR adalah 9 miliar derajat.

Tidak ada informasi tersedia mengenai kinerja mesin ini sejak beroperasi

Pada tahap ini kita harus menghindari terlalu jauh beranggapan, baik dalam satu arah maupun arah lain. Plasma panas dari mesin Z bukan plasma Tokamak. Tambahkan bahwa hipotesis "titik panas" saat ini tidak dapat dijelaskan secara teoritis. Pendapat pribadi saya adalah bahwa alih-alih berdebat tanpa henti, lebih baik memberi kesempatan kepada Alam, artinya melakukan eksperimen. Catatan bahwa biaya mesin Z dua orde besar lebih rendah dibandingkan mesin fusi raksasa seperti ITER. Selain itu, mesin ini memiliki fleksibilitas yang tidak dimiliki oleh ITER. Awal tahun 2008 saya bertemu di Kementerian Riset dan Industri Edouard de Pirey, seorang normalien muda, penasihat ilmiah Valérie Pécresse. Saat saya bertemu dengannya, ia mengakui langsung bahwa ia belum sempat membaca laporan singkat dan jelas yang saya kirimkan. Saya menyerahkan salinan surat yang diusulkan Smirnov untuk dikirim, dengan syarat memiliki nama penerima. Saya meminta de Pirey untuk menghubungi atasanannya untuk mengetahui apakah ia bersedia menerima nama sebagai penerima surat tersebut.

Langkah ini tidak mendapat respons. Hal serupa terjadi saat meminta dukungan untuk partisipasi saya dalam konferensi internasional di Vilnius, Lithuania, tentang Daya Tinggi Pulsed, di mana akhirnya saya harus menanggung biaya sendiri pada bulan September 2008.

Perlu dicatat bahwa pendekatan Z-pinch tidak termasuk dalam rute kerja yang baru saja diterbitkan oleh menteri. Saya biarkan pembaca untuk menyusun hipotesis sendiri mengenai kegagalan upaya saya.

Saya berpendapat bahwa Eropa sebaiknya segera membentuk kelompok riset, bekerja erat dengan Rusia, yang ahli dalam bidang ini. Sangat tepat, bahkan mendesak, untuk menyiapkan dana dan membangun mesin berbasis sipil, terbuka bagi semua, dipasang di negara mana pun yang netral (dalam arti teknis-sains). Mesin Z Prancis, Sphinx, yang dipasang di Gramat, Lot, tidak bisa ditingkatkan. Dengan waktu pelepasan 800 nanosekon, mesin ini terlalu lambat. Saya juga berpendapat bahwa kesalahan besar jika proyek ini diletakkan di bawah naungan rahasia pertahanan, karena alasan-alasan berbeda. Tentu saja, melalui pendekatan semacam ini, munculnya bom fusi murni menjadi "tidak mustahil". Orang Rusia telah mahir dalam mengelola Daya Tinggi Pulsed, ketika energi awal berasal dari bahan peledak. Secara berkala Barat menemukan, sering kali dengan keterkejutan, ide-ide baru yang muncul di luar Ural, yang benar-benar mengubah situasi, seperti generator cakram.

Produksi arus sangat besar dilakukan dengan memampatkan rongga yang telah dibuat medan magnet kuat menggunakan bahan peledak kimia. Tetapi bahan peledak kimia menghasilkan kecepatan implosi terbatas. Jika kita bagi dimensi karakteristik rongga dengan kecepatan ini, kita dapatkan waktu yang sulit turun di bawah beberapa mikrodetik. Ini terlalu lambat untuk formula yang terinspirasi dari mesin Z, di mana waktu ini tidak boleh melebihi 100 nanosekon. Dalam sistem klasik, daya pelepasan meningkat sebanding dengan volume rongga. Orang Rusia menghindari masalah ini dengan memberikan bentuk rongga seperti ... terompet. Bayangkan terompet yang bagian luarnya tenggelam dalam bahan peledak, dibuat menempel erat pada kamarnya. Volume total bisa besar, sementara ketebalan yang harus dipadatkan tetap tipis di setiap sel. Aspek ini disebutkan dalam versi bahasa Inggris Wikipedia.

Militer sangat khawatir terhadap aspek "proliferasi" teknologi semacam ini, di mana pemicu reaksi fusi tidak lagi melalui tahap yang berat secara teknologi, yaitu pemurnian isotop. Tapi apa yang harus kita lakukan? Tidak melakukan apa-apa? Bumi kita berada di ambang kehancuran karena kekurangan energi. Bagaimana kita bisa mengatakan kepada Tiongkok dan India untuk melakukan penghematan!

Pilihan ini bersifat politik, dalam skala global. Satu catatan terakhir mengenai ITER dan Mégajoule:

Gilles de Gennes, sebelum meninggal, adalah salah satu yang menyoroti banyak argumen yang membuat proyek ITER bermasalah, kecuali jika kita melihatnya sebagai rencana sosial atau cara bagi ribuan peneliti, insinyur, dan teknisi untuk menjalani karier penuh di salah satu wilayah terindah di dunia, yang paling strategis. De Gennes sangat skeptis terhadap kemampuan magnet superkonduktor ITER, yang berada paling dekat dengan torus plasma, untuk bertahan lama terhadap hujan neutron intens. Ia menunjukkan bahwa tidak ada studi awal yang dilakukan mengenai hal ini, padahal itu mudah dilakukan dengan model mini yang ditempatkan dalam aliran neutron. Namun hasilnya mungkin menyebabkan penghentian segera pembangunan katedral nyata bagi insinyur ini.

Poin kedua: plasma fusi bersifat kolisional, merupakan plasma termal, dekat dengan keseimbangan termodinamika. Maka distribusi kecepatan ion berbentuk Maxwell-Boltzmann, dengan ekor distribusi Boltzmann, yang diisi oleh ion cepat:

ekor distribusi Boltzmann

Ion cepat dalam ekor distribusi Boltzmann

Ion-ion ini pasti akan melewati medan magnet pembatas. Ketika menabrak dinding dan benda-benda lain dalam wadah, mereka akan melepaskan atom berat.

pencemaran plasma ITER

Pencemaran plasma fusi tokamak akibat pelepasan ion berat dari dinding

Ion-ion ini, segera terionisasi dan memperoleh muatan Z, serta terpengaruh oleh gradien tekanan magnetik, akan kembali ke pusat plasma dan mencemari plasma tersebut. Karena rugi radiatif akibat interaksi antara elektron plasma dan ion (radiasi penghambat atau Bremstrahlung) meningkat sebanding dengan kuadrat muatan listrik ion Z.

Rugi radiasi penghambat

**Rugi radiatif akibat interaksi elektron-ion **(radiasi penghambat)

Tidak ada yang tahu bagaimana mencegah pencemaran plasma oleh ion berat ini, atau bagaimana membersihkannya. Peningkatan rugi radiatif akan menurunkan suhu, dan ketel uap mesin abad ketiga ribu akan mati lemas. Ketika saya mengangkat pertanyaan ini dalam pertemuan publik dengan orang-orang ITER, satu-satunya respons mereka adalah:

*- Ini pertanyaan bagus..... *

Jika kita bertanya apakah mesin ITER akan memungkinkan reaksi fusi terjadi dalam jumlah besar dan berkelanjutan, mungkin jawabannya positif dalam skala waktu pendek. Tetapi jika pertanyaannya adalah "apakah jenis mesin ini pada akhirnya dapat menghasilkan reaktor operasional dan menyelesaikan masalah kebutuhan energi manusia?", saya merasa jawabannya harus negatif.

Saya akan membuat catatan lain mengenai fusi impulsif ini. Fusi impulsif memungkinkan konversi langsung. Plasma fusi mengembang. Jika ini terjadi dalam medan magnet, karena angka Reynolds magnetik sangat tinggi, terjadi "kompresi fluks" dan arus terinduksi. Efisiensi: 70%. Tidak ada bagian bergerak. Mengapa membuat hidup rumit dengan penukar panas, turbin uap? Mengapa tidak menggunakan kincir baling-baling saja? Saya percaya pada "dua langkah fusi", pada akhirnya. Ada solusi lain selain Z-pinch untuk fusi impulsif ini. Kita hanya menyentuh permukaan masalah.

Di alam, ada sistem yang melakukan fusi impulsif. Mereka adalah kuasar. Saya tidak berpikir energi berasal "dari akresi oleh lubang hitam raksasa". Fluktuasi bersamaan metrik dua alam semesta kembar menciptakan gelombang kejut sentripetal dalam gas antarbintang galaksi. Saya sudah menggambarkan hal ini dalam buku "Kami Kehilangan Setengah Alam Semesta", terbit tahun 1997 oleh Albin Michel. Respons media benar-benar nol. Gas dikompresi saat melewati, menjadi tidak stabil. Bintang-bintang muda terbentuk yang, memancarkan sinar UV, mengionisasi gas antarbintang tersebut. Angka Reynolds magnetik meningkat dan gelombang gas kemudian membawa garis medan galaksi (frozen in), seperti petani menekan bulir gandum. Collapse berakhir dengan bola plasma kecil dalam skala galaksi, di mana kondisi Lawson tercapai dalam massa, bukan di pusat seperti pada bintang. Maka objek-objek ini "sekecil bintang, tetapi memancarkan sebanyak galaksi". Plasma kemudian dikeluarkan dalam dua lobus, mengikuti arah medan magnet dipol. Gradien medan magnet mempercepat partikel bermuatan sejauh ratusan ribu tahun cahaya. Dari situlah terbentuk "sinar kosmik" di akselerator partikel alam berukuran besar ini.

Ketika fluktuasi bersamaan metrik menyebabkan pelemahan pembatasan, galaksi .. meledak. Inilah yang disebut "galaksi tak beraturan", tentang mana ilmuwan astrofisika Inggris terkenal Sir James Jeans (penemu ketidakstabilan yang diberi namanya, serta persamaan yang menggambarkan ketidakstabilan tersebut) berkata:

- Bentuk-bentuk galaksi yang sering kali sangat kacau membuat kita berpikir bahwa mereka adalah tempat kekuatan kolosal yang kita tidak tahu apa-apa tentangnya.

Mengenai instalasi LMJ (Laser Mégajoule), tidak pernah disebutkan di mana pun, selain dari pengulangan klise biasa ("matahari dalam tabung reaksi", "bidang riset bagi astrofisikawan"), bahwa alat kerja bagi insinyur militer ini termasuk upaya menyelesaikan masalah kebutuhan energi planet.

Kembali ke Panduan Kembali ke Halaman Depan

Lebih dari dua miliar derajat! Analisis kertas Malcolm Haines (April 2006)

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

Mots-clés