マティアス・バヴァイのフランスZマシンに関する博士論文
フランスZマシン
マティアス・バヴァイの博士論文
2006年6月17日にオンライン掲載
この論文は、以下のURLで確認できます：
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
タイトル：
サブミリ秒域での磁束圧縮による高圧およびX線放射の生成
2002年7月8日に、ロット県グラマットの軍事実験センター（CEG）で発表されました。
グラマット発電機（上記画像を参照）は、250万アンペアの電流パルスを800ナノ秒間発生させることができます。
グラマット電気発電機ECF
ズームイン画像では、設置の直径が約20メートルであることがわかります（サンドイアのZマシンは約33メートル）。
ズームイン画像
グラマットECF設置の中央部
バヴァイが考案し、グラマットおよびサンドイアの発電機でテストされたこの構造は非常に独創的です。ソビエト連邦は、電気伝導性のある銅やアルミニウムで構成された「ライナー」という素材に、化学的爆薬による圧力を加えることで、磁場を圧縮するシステムを開発していました。このライナーは圧縮され、その内部に事前に電気放電によって設置された磁場を圧縮します。バヴァイの論文で提案されたアイデアは、化学的圧力ではなく「磁気圧力」を用いて、ライナーを「ピストン」として使用することです。この構想には以下の2つのアイデアが含まれます：
*- より軽く、慣性の小さいライナーを使用する
- すべてのエネルギーをライナーに伝達し、「磁気ガス」は「慣性ゼロ」であるようにする。*
このようにして、二段階の圧縮装置が生まれ、その中には大きなライナーと小さなライナーの2つが含まれます。これは、サハロフのプラズマ砲をもし閉じていたら得られたようなものです！
改良されたサハロフのプラズマ砲
元の図式に戻ります。電気放電により「クランクA」内に磁場が生成されます。その後、左側の爆薬が点火され、銅製のライナーが膨張します。
銅製のコーンがクランクを閉じ、その内部に閉じ込められた磁場は圧縮され、アルミニウム製のリングを銅製の砲と中央のライナーの間の空間に押し出そうとします。しかし、新しい構造では、リングの押し出しを防ぎ、そのリングが砲の閉じた先端に高速で衝突させ、高圧を生み出します。もちろん、銅製のリングと右側の灰色の閉塞部の間には真空が作られています。アルミニウム製のリングは、その通過中に蒸発し、プラズマになります。中央のライナーもまた塑性変形を受けています。
バヴァイの論文に戻ります。ここに示された構造の要素は、異なる方法で構成されています。先ほど述べたように、2つのライナーは「線状」であり、プラズマになります。この装置の内部で、閉じる前に一定の磁気圧力が生成される必要があります。そして、爆薬のガスに代わって、磁気圧力が推進力になります。その結果、次のようになります：
マティアス・バヴァイ博士論文の構造
より良く理解するために、この画像に示された2つの段階を1つの画像に再構成する必要があります。それでは、まずバヴァイの構造の初期状態を見てみましょう：
マティアス・バヴァイの構造、初期状態
2つの電気放電があります。1つは紫で示された「一次放電」、もう1つは赤で示された「二次放電」です。この2つの放電は、トーラス状の幾何学的構造を持つ2つの同心円状の空洞内で磁場を生成します。ここには、実際には最初の線の集合で構成された円筒形のライナーが存在します。バヴァイの論文によると、これらの線に強い電流が流れると、それらは即座に金属プラズマに変化するのではなく、非常に長い寿命を持ち、その線の半径方向への移動にかかる時間の80％に達することがあります。これは、サンドイアでの実験で軸対称性を維持する秘密です。この物体が収縮するとき、それは単なる並んだ線やプラズマのカーテンではなく、「2つの混合物」です。これはマールコム・ヘインズによって理論化され、「シェルの形成」と呼ばれます：
「シェル」の形成
上部には、放電の開始後直後に見られる線が表示されています。これらの線は表面的に昇華し始めています。まだ固いこれらの線は金属プラズマの層に囲まれています。バヴァイの論文では、これらの線が冷たい固いコアを持ち、周辺部が蒸発して金属原子からなるプラズマを放出すると述べています。これらのプラズマの円筒が重なると、「冠状部」が形成されます。バヴァイは、この冠状部が収縮時間の80％が経過したときに形成されると述べています。これは、その間、電流が個々の線を介して流れていることを意味します。プラズマ（イオン化ガス）では、局所的な電流密度や磁場の強度が変動する可能性があるため、MHD不安定性が生じるかもしれませんが、線のカーテンではそのようなことは起こりません。
論文では、金属蒸気の拡散速度がタングステンでは10,000 m/s、アルミニウムでは22,000 m/sであると記されています。線の直径（240本）のオーダーは10ミクロンです。
ステンレス鋼の線の拡散速度は見つかりませんでした。サンドイアの研究者たちは、収縮の終わりに達した温度が20億度に達したことに驚きました。その理由として、ステンレス鋼の蒸気の拡散速度が遅く、冠状部の形成が遅れ、不安定性が生じる可能性があるという説明がなされています。先ほど述べたように、線は「冷たいコア」を保持しているため、収縮の最後の瞬間にプラズマの帯が形成されるまで、実際には「線」同士が衝突します。したがって、衝突時の半径方向の速度は、数百キロメートル毎秒から1000キロメートル毎秒に達する可能性があります。この温度上昇は、... 材料の変化に関連しています。未解決の質問です。
時間tmにこれらのプラズマ層が合流します。これにより、2つの面で利点を得られます。この閉鎖は、磁場に対して「気密な仕切り」を形成し、方位角方向の不均一性がMHD不安定性の増加を妨げ、軸対称性を維持します。
バヴァイの論文の図式を再構成してみましょう：
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