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MHD6の開始

science/mhd

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台所用のバケツほどの大きさで、陽極と陰極を含む容器であり、陰極は水銀の浴として存在する。陽極と陰極の間には真空中がある。つまり、周囲温度に対応する飽和水銀蒸気で満たされた空間であり、電気伝導率が非常に低いため、電流が流れることはない。電極には5kVの電圧が加えられている。"トリガー"とは、水銀表面に近い小さな電極であり、この電極と水銀陰極の間に放電を発生させると、水銀が蒸発し、その蒸気が部屋を満たして電気弧の通過を可能にする。いわば、閉じた容器内の雷である。放電が開始されると、銅導体におけるジュール熱によってコンデンサのエネルギーが消費されるまで、放電は維持される。その後、水銀蒸気は凝縮し、イニトリオンは次の試行に備える。ビールの缶ほどの大きさの第2のイニトリオンがあれば、試験用モデルに装備された電極に、適切なタイミングで電流を流すことが可能となる。

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以下は、操作制御の図式である。

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1965年当時、このような実験の主なコストは電子機器およびデータ記録にかかっていた。当然のことながら、当時はマイクロコンピュータは存在しなかった。当時の最高性能のオシロスコープ(米国テクトロニクス製、真空管式)の帯域幅は、現在では笑ってしまうほど低く、1メガヘルツであった。しかし、その当時の単価は4万フランに達していた。今日なら、同等の性能でコストを10分の1に抑えることができる。

オシロスコープの画面に現れる波形は、偏光フィルムに撮影された。今日では、このような実験パラメータのすべてを、低価格のマイクロコンピュータと専用カードで記録できる。

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風洞のパラメータ記録は非常に簡単だった。壁面に低電圧をかけた小さな針状の電極のペアを配置するだけでよかった。電極間の距離は1ミリメートルであり、電圧は希薄なアルゴンガス中で電流が流れないほど低かった。しかし、衝撃波が通過すると、その直後に電極が10,000度のアルゴンにさらされることで、信号が発生する。2つのイオン化探針(互いに10~20cm離れており、ノズルの上流に配置)から発せられる信号を、二重波形オシロスコープで記録することで、衝撃波の速度を測定でき、そこからガス動力学のすべてのパラメータ(温度、圧力、イオン化度、電気伝導率)を計算できる。他のオシロスコープも、補足的な測定のために必要だった。高圧室の放電装置や、一般に電気スイッチング装置から発生する強いノイズからこれらのオシロスコープを保護するため、それらは遮蔽された同軸ケーブルで探針に接続され、ファラデーケージ内に収められ、実験者もその中にいた。

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以下は、1975年から1980年にかけて開発した理論の妥当性を検証するための実験装置の説明である。この理論は、物体が気体中を超音速で移動する際に衝撃波を発生させずに進む可能性についてのものである。残る課題は、こうした波をどのようにして消滅させ、その存在を確認するかである。これには、従来から用いられ、信頼できる方法がある。これは、試験流路を通過する光と、外部を通過する光の二つの光線を干渉させ、水平の縞模様を作り出す方法である。衝撃波は気体の密度の急激な変化を示し、これにより屈折率が変化する。従って、衝撃波はこの方法で古典的に可視化できる。左側は、翼の縁に沿って発生する斜め衝撃波による「縞のずれ」の典型的な様子である。右側は、衝撃波が消滅した状態の同じ画像である。

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10,000度のアルゴンプラズマは十分に明るいため、使用する光源としては、プラズマより明るい光を発する小さなヘリウムネオンレーザーが適している。

1980年代後半、私とレブランは、CNRSの資金援助を受けた博士論文の枠内で、このような実験のすべてのパラメータを計算した。私は、この実験が初回で成功したと確信している。これまでに私が実験室の衝撃管で試みたすべてのMHD実験と同じように、成功するはずだった。特に1966年の実験を思い出している(今後、別の文書で述べる予定である)。その実験の目的は、「二温度」方式でのMHD発電機の運用、すなわち電子温度(10,000度)が試験ガス温度(6,000度)よりも著しく高い状態での発電であった。この課題の障壁は「ヴェリコフ不安定性」であり、多くの国でMHD研究がこの不安定性によって無効化された。しかし、この障壁を回避するための巧妙な工夫により、実験は初回で成功した。私はその成果を1967年のワルシャワ国際会議で発表した。しかし、当時の研究室の悪質な雰囲気に圧倒され、私はその研究室を去り、天体物理学に転向した。私の学生、ジャン=ポール・カレッサは、この研究テーマのすべてを引き継ぎ、博士論文にした(ただし、ヴェリコフのイオン化不安定性の微妙な点をまったく理解していなかったが、その消滅こそが実験の鍵であった)。この功績により、彼はウォーサーソン賞を受賞し、後にメドンの熱空気力学研究所所長、そしてプロヴァンス・アルプ・コート・ダジュール地域のCNRS地域局長となった。

このようなプロジェクトがどうなったか。

1980年代半ば、私はCNRS総長ピエール・パポンにこの研究テーマに関心を示させることに成功した。彼は、副総長ミシェル・コムバヌの支援を経て、支援を表明した。当時、私はマルセイユ天文台に勤務しており、このような実験の実施には不向きな場所だった。コムバヌは、ルーアンのヴァレタン教授の研究所を受入先として見つけた。CNRSが一部の資金を提供する予定だったが、軍隊は追加資金を提供するとされていた。しかし、すぐに軍は、私の実験への関与を完全に排除するよう要求した。その理由は科学とはまったく無関係だった。CNRSの指導部が交代したため、パポンとコムバヌの支援を失った。レブランの奨学金も使い果たされ、彼が研究を継続するための支援は一切行われなかった。

ルーアンのチームは、MHD分野での経験が全くなく(ただし古い衝撃管は持っていた)、次々と誤りを重ねた。資金……