Tesi di Mathias Bavay sulla macchina Z francese

Tesi di Mathias Bavay sulla macchina Z francese

La macchina Z francese

La tesi di Mathias Bavay

documento caricato il 17 giugno 2006

Si può trovare questa tesi, ben documentata a :

http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html

Titolo :

Compressione del flusso magnetico in un regime sub-microsecondo per ottenere alte pressioni e radiazione X

sostenuta il 8 luglio 2002 al CEG (Centro militare di sperimentazione di Gramat, Lot).

Il generatore di Gramat (vedere immagini sopra) è in grado di erogare impulsi di corrente di 2,5 milioni di ampere, con una durata di 800 nanosecondi.

Generatore elettrico ECF di Gramat

Un'immagine in primo piano mostra il diametro dell'impianto, circa 20 metri (contro trenta e tre per la macchina Z di Sandia).

Immagine in primo piano

Parte centrale dell'impianto ECF di Gramat

Il montaggio immaginato da Bavay, testato a Gramat e sul generatore di Sandia è molto originale. I sovietici avevano inventato sistemi di compressione del flusso in cui un esplosivo chimico esercitava una pressione su un "liner" costituito da un materiale conduttore elettrico, rame o alluminio. Questo liner implodendo, comprimeva un campo magnetico che vi era presente, precedentemente installato mediante una scarica elettrica effettuata in una solenoide utilizzando un banco di condensatori. L'idea sviluppata nella tesi di Bavay consiste nell'utilizzare un "liner" a fili, come "pistone" e sostituire la pressione esterna, di origine chimica per i compressori a magneto-compressione, con una "pressione magnetica". Si ritrovano due idee:

*- Utilizzare un liner più leggero, con minore inerzia

• Assicurarsi che tutta l'energia venga trasmessa a questo, il "gas magnetico" avendo una "inerzia nulla". *

Si arriva così a un compressore a due stadi, con ... due liners, uno grande e uno piccolo. In sostanza, è ciò che si sarebbe ottenuto con il cannone a plasmoide di Sakharov se si fosse ... chiuso quel cannone!

Cannone a plasmoide di Sakharov, modificato

Riprendiamo lo schema iniziale. Una scarica elettrica crea un campo magnetico nella "cassa" A. Poi l'esplosivo viene acceso dalla parte sinistra, causando l'espansione del "liner" di rame.

Il cono di rame chiude la cassa, intrappolando il campo magnetico che, "compresso", tende a espellere l'anello di alluminio nello spazio tra il "cannone" di rame e il liner centrale, pieno di esplosivo. Ma in un nuovo montaggio si opporrà all'espulsione di questo anello, che colpirà ad alta velocità l'estremità chiusa del "cannone", generando forti pressioni. Ovviamente, si sarà fatto il vuoto tra l'anello di rame e il tappo posto a destra, di colore grigio. L'anello di alluminio svolge il ruolo di un secondo "liner" essendo vaporizzato, trasformato in plasma. Il liner centrale subisce anch'esso una trasformazione plastica.

Torniamo alla tesi di Bavay. Riconosceremo elementi del montaggio sopra descritto, costituiti in modo diverso. Come abbiamo detto, i due liners sono "a fili" e si trasformeranno in plasma. Bisogna che venga creata una certa pressione magnetica nell'ambiente A prima che venga chiuso. Resta da sostituire l'elemento propulsore, il gas derivato dall'esplosione, con una pressione magnetica. Otteniamo allora questo:

Montaggio della tesi di Mathias Bavay

Per comprendere meglio, forse sarebbe utile ricostituire i due momenti rappresentati qui su un'unica immagine. Ecco quindi prima di tutto questo montaggio di Bavay, nel suo stato iniziale:

Montaggio di Mathias Bavay, nel suo stato iniziale

Vi sono due scariche elettriche, una rappresentata in viola, la "scarica primaria" e l'altra in rosso, la "scarica secondaria". Queste due scariche creano un campo magnetico all'interno di due cavità coassiali, di geometria toroidale. Si distingue un "liner" cilindrico che in realtà è costituito da un primo insieme di fili. Si apprende nella tesi di Bavay che quando questi fili sono percorsi da una forte intensità elettrica non si trasformano istantaneamente in plasma metallico. Al contrario, hanno una durata di vita abbastanza lunga, che può raggiungere l'80% del tempo che impiega questo "tendaggio di fili" a spostarsi radialmente convergendo verso l'asse. È quindi tutto il segreto del mantenimento dell'assimmetria nell'esperimento di Sandia. Quando questo oggetto implode, non è né un insieme di fili disposti uno accanto all'altro, né un tendaggio di plasma, ma un "misto dei due". Questo è stato teorizzato da Malcom Haines, che lo chiama "la formazione di una guscio":

Formazione del "guscio"

In alto, i fili poco dopo l'inizio della scarica. Iniziano a sublimare superficialmente. Questi fili ancora solidi sono circondati da una guaina di plasma metallico. Nella tesi di Bavay si legge che i fili mantengono un nucleo freddo, solido. Si vaporizzano ai bordi emettendo un plasma formato da atomi metallici che si espande. Quando questi cilindri di plasma si incontrano si forma la "corona". Bavay scrive che questa corona si forma quando è trascorso l'80% del tempo di implosione. Questo significa che per tutto quel tempo le correnti si muovono nei fili in modo individuale. Se possono verificarsi instabilità MHD in un plasma (un gas ionizzato) dove localmente la densità di corrente può variare, così come l'intensità del campo magnetico, non è il caso di un tendaggio di fili.

Nella sua tesi si trova che la velocità di espansione del vapore metallico è di 10.000 m/s per il tungsteno e di 22.000 m/s per l'alluminio. L'ordine di grandezza del diametro dei fili (in numero di 240): 10 micron.

Non ho trovato la velocità di espansione per i fili di acciaio inossidabile. Le persone di Sandia sono state molto sorprese di vedere che la temperatura raggiunta alla fine dell'implosione era di 2 miliardi di gradi. Una spiegazione possibile potrebbe essere che la velocità di espansione del vapore d'acciaio inossidabile sia minore, ritardando così la formazione della "corona" dove possono nascere instabilità. Come è stato detto in precedenza, i fili mantengono un "nucleo freddo", quindi sono praticamente "fili" che si incontrano sull'asse, il cordon di plasma essendo formato negli ultimi momenti dell'implosione. Così, invece di centinaia di chilometri al secondo, la velocità radiale al momento dell'impatto potrebbe raggiungere 1000 km/s. Da qui questa crescita di temperatura legata a un ... cambiamento di materiale. Domanda aperta.

A quel tempo, queste guaine di plasma si uniscono. Si guadagna così su due fronti. Questa chiusura permette di costituire una "parete" impermeabile rispetto al campo magnetico, mentre la non uniformità del mezzo, nel senso azimutale, si oppone all'aumento delle instabilità MHD e mantiene l'assimmetria del processo.

Riprendiamo lo schema della tesi di Bavay, dopo averlo rielaborato:

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