비평형 세계
장 피에르 프티 – 전 CNRS 연구 디렉터 – 프랑스
2013년 1월 12일
일반인이 시스템의 평형에 대해 생각할 때, 보통 우물 바닥에 멈춰 있는 공이나 그와 유사한 것을 떠올린다.
열역학적 평형 이론의 기본에는 더 미묘한 개념이 있다. 바로 동적 평형이다. 가장 단순한 예는 우리가 마시는 공기이다. 공기 분자들은 모든 방향으로 요동치며 평균 열속도 초속 400미터를 보인다. 이 분자들은 엄청난 속도로 충돌하고 상호작용한다. 이러한 충격은 그들의 속도를 변화시킨다. 그러나 물리학자는 이를 통계적 정상 상태(사용되는 용어는 '상세 균형'이다)로 해석한다. 방 안의 임의의 시각과 임의의 지점에서 특정 방향의 분자 속도를 약간의 각도 불확실성을 제외하고 측정할 수 있는 요정을 상상해 보자. 매 시간 간격마다 요정은 대수적 값인 V와 V + ΔV를 센다. 그런 다음 이 값들을 그래프에 나타내면, 평균값이 약 400m/s인 아름다운 가우시안 곡선이 그려지는 것을 볼 수 있다. 즉, 분자가 빠르거나 느릴수록 그 수는 적어진다.
그는 측정 장치를 공간의 임의 방향으로 향하여 이 작업을 반복하고, 놀랍게도 동일한 결과를 얻는다. 방 안의 분자 요동은 등방성이다. 게다가 온도가 일정하게 유지되는 한, 기체의 온도는 이 열 요동에서 비롯된 평균 운동 에너지와 정확히 일치하므로 이 동적 평형을 방해할 수 있는 것은 없다. 물리학자는 이 기체를 열역학적 평형 상태라고 설명한다. 이 상태는 다면적이다. 공기 분자들은 구형 대칭을 갖지 않는다. 산소나 헬륨 같은 이원자 분자는 땅콩 모양이다. 이산화탄소나 수증기 분자는 다른 모양을 하고 있다. 회전하는 이러한 모든 물체는 작은 플라이휠처럼 에너지를 저장할 수 있다. 이 분자들은 진동도 할 수 있다. 에너지 등분배 법칙은 에너지가 이러한 다양한 '모드'에 균등하게 분배되어야 한다고 말한다. 충돌 중에 일부 운동 에너지는 분자의 진동 에너지나 회전 에너지로 변환될 수 있다. 그 반대도 성립한다. 따라서 이 모든 것은 통계의 문제이며, 요정은 특정 상태에 있는 분자 수, 특정 운동 에너지를 가진 분자 수, 특정 진동 상태에 있는 분자 수를 셀 수 있다. 우리가 마시는 공기로 돌아가면, 이 조사는 정상 상태로 이어진다. 이 매체는 열역학적 평형 상태, 즉 이완된 상태라고 한다. 분자를 멈추고 회전이나 진동 운동을 정지시키며, 마음대로 변형시켜 새로운 통계 법칙을 만들고, 그 아름다운 가우시안 곡선을 변형시키고, 예를 들어 한 방향의 열속도를 횡방향에 비해 두 배로 증가시키는 등방성 위반 사건을 만들 수 있는 힘을 가진 마법사를 상상해 보자. 결국 그는 추가 충돌에 따라 시스템이 진화하도록 내버려 둔다. 시스템이 열역학적 평형으로 돌아가기 위해 이러한 충돌이 몇 번이나 필요할까? 답은: 매우 적다. 두 충돌 사이의 분자 평균 자유 비행 시간은 기체에서의 이완 시간, 즉 열역학적 평형으로의 복귀 시간에 대한 아이디어를 제공한다.
분자 통계 속도가 이러한 편안한 등방성과 아름다운 가우시안 곡선에서 현저히 벗어난 비평형 매체가 존재하는가?
오, 그렇다! 그리고 그것은 우주에서 오히려 다수의 경우이다. 수천억 개의 별을 포함하며 질량이 대략 비슷한 '우주 섬'인 은하는 매체로 볼 수 있으며, 그 분자는... 별이어야 한다. 이 정확한 경우에서, 우리는 별이 이웃 별과 조우하기 전까지의 평균 자유 비행 시간이 우주 나이의 1만 배인 당혹스러운 세계를 발견한다. 조우란 무엇을 의미하는가? 두 별이 격렬하게 충돌하는 것을 의미해야 하는가? 아니다! 기체의 운동론이라는 이론 물리학 영역에서는, 별의 궤적이 이웃 별을 지나갈 때 현저히 변형되는 경우를 충돌로 간주한다. 그러나 계산은 이러한 사건이 극히 드물다는 것을 증명하며, 수천억 개의 별 시스템은 일반적으로 충돌하지 않는 것으로 볼 수 있다.
수십억 년 동안 우리 태양의 궤도는 규칙적이고 거의 원형이다. 만약 우리 태양이 자의식이 있고, 조우로 인해 속도를 변경하지 않는다면, 그는 이웃이 있다는 사실을 알지 못할 것이다. 그는 중력장을 '부드러운' 것으로만 감지한다. 그는 마치 분지 안에서처럼 자신의 속도로 걷지만, 다른 별들이 만든 요철은 전혀 느끼지 못한다. 즉시 귀결이 떠오른다. 이제 천문학자가 된 우리의 요정을 우리 은하 내 태양 근처에 배치하고, 임의의 방향에서 이웃 별들의 속도 통계를 작성하도록 요청해 보자. 명백한 사실이 이제 드러난다. 동역학적으로 볼 때, 이 매체는 강한 이방성을 띤다. 별들의 요동 속도(천문학자들이 잔여 속도라고 부르며, 은하의 평균 회전 구동력에 대한 상대적 속도로서 태양 근처에서는 거의 원형이고 초속 230km이다)가 다른 횡방향에 비해 실질적으로 두 배 이상인 방향이 존재한다. 우리가 마시는 공기에서는 이를 구형 속도 분포라고 불렀다. 이제 이는 타원형 속도 분포가 된다. 여기까지 괜찮은가? 이것이 우리의 세계관, 세계 이해에 어떤 영향을 미치는가? 모든 것을 바꾼다! 왜냐하면 우리는 이토록 극단적으로 비평형인 시스템에 대한 이론을 다룰 수 없기 때문이다.
1930년 미국인 스위스계 프리츠 츠비키가 발견한 암흑 물질(결손 질량)의 저주받은 효과로 인해 은하들이 처한 역설적 상태와, 자체 중력장 내에서 궤도를 도는 점질량들의 자기 중력 모델을 우리가 만들 수 있다는 점은 차치하자. 우리의 물리학은 항상 열역학적 평형 상태 근처에 있다. 당연히, 이 상태나 저 상태에서의 편차는 평형에 대한 편차를 의미한다. 예를 들어 두 기체 영역 사이의 온도 차이는 열 전달, 즉 열 요동으로부터의 운동 에너지 전달로 이어진다. 이 경우, 우리의 요정을 다시 일하게 하면 그는 동역학적으로 볼 때 매체가 '거의 등방성'이라고 결론 내릴 것이다. 이는 가장 거센 폭풍우가 치는 우리 대기에서도 마찬가지이다.
그렇다면 기체 매체나 유체가 명백히 비평형 상태인 상황을 만나거나, '손으로 짚어' 보는 것이 불가능한가? 충격파를 지날 때 이러한 현상을 발견할 수 있다. 충격파의 두께가 평균 자유 행로의 작은 수와 같은 자릿수를 가지므로, 이러한 영역은 제한적이다.
기체가 충격파를 통과할 때, 매우 급격하게 상태가 전환되며, '충격받은' 기체 내에서는 몇 번의 평균 자유 행로 시간 후에 열역학적 평형 근처의 상태가 회복된다.
나는 40년 전, 현재는 해체된 내가 근무했던 연구소 '마르세유 유체역학 연구소'에서 한 관찰을 보고한 적이 있다. 당시 우리는 '충격관'이라 부르는 일종의 기체 총을 가지고 있었다. 개요는 다음과 같다. 폭발물을 사용하여 수천 미터/초의 속도로 희박 기체 내에서 전파되는 충격파를 점화한다. 초기에 이 기체의 압력은 수은 밀리미터 단위였다. 충격파의 이동은 기체를 재압축하여 밀도를 증가시킨다.
간섭계를 사용하여 밀도 증가를 쉽고 정확하게 추적할 수 있었다. 당시 우리는 또한 플렉시글라스 모형 표면의 열유속을 측정했다. 실험이 밀리초의 일부만 지속되었기 때문에, 측정 장치는 빠른 응답 시간을 가져야 했다. 정확히 말하면, 벽에 진공 증착된 두께 몇 마이크로미터의 금속 박막이 서미스터 역할을 했다. 우리는 벽 센서가 가열될 때 그 저항을 기록하여 열유속을 평가했다.
하루는 센서를 관 벽에 직접 배치했다. 그런 다음 밀도의 급격한 점프로 물질화된 충격파 통과 후 일정 지연 후에 열유속이 센서에 도달하는 것을 관찰했다. 그러나 우리는 센서의 열 지연이 이 지연의 원인이 되지 않을 만큼 충분히 작다는 것을 확인했다. 사실 우리는 충격파 하류에서 준 열역학적 평형으로의 복귀 현상을 포착한 것이다.
이것을 해머 타격에 비유할 수 있다. 밀도가 급격히 증가할 뿐만 아니라, 온도 점프, 즉 분자의 열속도 증가도 관찰되었다. 그러나 이 파 뒤에서는 몇 번의 평균 자유 행로 시간 후에만 등방성이 관찰된다. 밀도 전면 바로 전에서는, 열 요동의 증가는 파의 방향에 수직으로 시작되는 운동으로 번역된다.
우리의 센서가 열을 수집할 때, 이는 공기 분자가 그 표면에 충돌한 결과이다. 그러나 밀도 전면 바로 전에서는, 일정 거리에서 열 요동이 벽에 평행하게 발달하고 있었다. 기체는 잘 '가열'되었지만, 일시적으로 이 열을 벽으로 전달할 수 없었다. 충돌을 거치면서 '속도 타원체'는 '속도 구체'로 변형되었고, 센서는 결국 수신한 열유속의 복귀를 나타냈다. 내가 가진 실험 설정으로, 밀도 전면 앞 약 1센티미터 지점에서 이 열유속을 기록했다고 기억한다.
따라서 충격파는 기체 매체가 강하게 비평형 상태인 매우 얇은 두께의 영역을 나타낸다.
우리는 이를 어떻게 관리하는가? 이러한 영역을 두께가 없는 표면으로 등가화한다. 그리고 이는 거의 한 세기 동안 잘 작동해 왔다.
나는 컴퓨터 역사의 거의 전부를, 즉 초기부터 알고 있을 만큼 나이가 많다. 내가 '국립항공고등학교' 학생이었을 때, 학교에는 컴퓨터가 없었다. 컴퓨터는 접근할 수 없는 '계산 센터'라는 성소에 설치되어 있었다. 우리는 슬라이드 룰로 계산했는데, 이는 오늘날 세대에게는 호기심 대상인 물건이다. 고등 학교 수업에서 우리는 모두 로그표를 가지고 있었으며, 모든 시험에는 이러한 물건(현재는 박물관에 전시되어 있다)을 사용한 지루한 수치 계산 테스트가 포함되었다.
내가 수페르 아에로 학교를 떠날 때, 수동 기계식 계산기(FACIT)가 막 등장하고 있었다. 숫자를 곱하려면 한 방향으로 크랭크를 돌리고, 나누려면 반대 방향으로 돌렸다.
교수나 부서장들은 전기식 계산기를 가지고 있었는데, 1964년 유체역학 연구소에서는 톱니바퀴 소리가 사무실의 정적을 깨뜨렸다. 컴퓨터는 계산 센터에서 창문을 통해 멀리서 볼 수 있는 먼 신들의 자리를 차지했다. 오늘날 주머니 컴퓨터의 성능을 가진 이 컴퓨터들은 흰색 가운을 입은 사제들에 의해 운영되었다. 그들과 소통할 수 있는 방법은 기계식 '카드 리더'가 시끄럽게 읽는 두꺼운 천공 카드 덩어리뿐이었다. 우리는 '계산 시간'을 초 단위로 구매했는데, 그 비용은 매우 높았다. 오늘날 젊은이들에게는 신석기 시대의 비전이다.
마이크로 컴퓨터의 침공은 이 모든 것을 바꾸었다. 게다가 컴퓨터 성능의 폭발적 증가로 인해, 이제 인터넷에는 숨 막히는 양의 데이터를 관리하는 신비로운 검은 캐비닛으로 가득 찬 거대한 방들의 사진이 넘쳐난다.
메가플롭스, 기가플롭스, 페타플롭스, 끝이 없다! 70년대로 돌아가면, 작은 책자 형태로 완전히 작성된 Apple II RAM의 내용을 쉽게 읽을 수 있었다.
우리는 프로메테우스적인 세계에 있다. 이러한 현대적 도구들이 우리의 물리학 장악력을 높였다고 말할 수 있는가? 한 일화가 떠오른다. 프랑스에서 나는 마이크로 컴퓨팅의 선구자였으며, 이 기술에 전용된 최초의 센터 중 하나(Apple II 기반)를 운영했다. 당시 엑상프로방스 미술학교에서 조각 교수로도 재직 중이었는데, 어느 날 나는 평면 플롯터가 마음대로 마스터 원근도를 그리는 시스템을 시연했다. 한 늙은 교수는 눈썹을 치켜뜨며 "컴퓨터가 예술가를 대체할 거라고 말하지 말게나?"라고 말했다.
이를 패러프레이즈하면, 거대 데이터 센터를 방문한 후 "컴퓨터가 뇌를 대체할 거라고 말하지 말게나?"라고 주장하는 사람을 상상할 수 있다.
멈출 수 없는 컴퓨팅 성능의 상승과 대규모 멀티 프로세서에도 불구하고, 우리는 거기서 멀리 떨어져 있다. 그러나 특정 영역에서는 이러한 시스템들이 로그표와 슬라이드 룰을 폐기처분하게 만들었다. 누가 여전히 종이와 펜으로 적분을 계산하는가? 순수 수학자를 제외하고 누가 여전히 미적분학을 다루는가?
오늘날 우리는 '컴퓨터가 모든 것을 한다'고 믿는다. 우리는 알고리즘을 구축하고, 데이터를 공급하며, 결과를 받을 때까지 실행한다. 건물을 그리거나 훌륭한 엔지니어링 작업을 하는 경우라면, 이는 매우 잘 작동한다. 유체 이론도 성공적이다.
임의의 모양의 표면 요소를 기체 흐름에 수직으로 배치하고, 그 모양이 무엇이든 그 뒤의 소용돌이치는 흐름 패턴을 계산할 수 있다. 이것이 실험과 일치하는가? 항상 그런 것은 아니다. 질적으로 우리는 사건을 장악한다. 예를 들어, 이 기체 소용돌이의 결과로 신뢰할 수 있는 공기 저항 수치를 계산할 수 있다. 마찬가지로, 실린더 내 연소 효율이나 인클로저 내 대류 전류를 계산한다. 예측 기상학은 며칠의 시간 범위 내에서 빠르게 발전하고 있으며, 아직 관리 불가능한 매우 국소적인 '미세 사건'을 제외하면 그렇다. 모든 영역에서 그런가?
이 현대의 사자 조련사라 불리는 컴퓨터의 목줄에 묶이는 것을 거부하는 존재들이 있다. 바로 '비평형' 플라즈마이며, 모든 범주에서 그렇다. 그들은 유체 이론에서도 벗어나는데, 이는 전자기장의 원거리 작용을 받기 때문이다. 전자기장의 작용은 시스템을 구성하는 모든 이온 입자를 고려해야만 평가할 수 있다.
상관없다고 말할 것이다. 플라즈마를 N체 계로 고려하면 된다고. 말은 쉽지만 실행은 어렵다! 우리는 앞서 충돌 없는 세계의 예로서 은하에 대해 이야기했다. 토카막은 또 다른 종류이다(ITER는 거대한 토카막이다). 그들이 포함하는 기체는 극도로 희박하다. 시작하기 전에, ITER의 840세제곱미터 내부 충전 압력은 수은 밀리미터의 일부 미만일 것이다. 왜 이렇게 낮은 압력인가? 이 기체를 1억 도 이상으로 가열해야 하기 때문이다. 압력은 p = nkT로 표현된다는 것을 알고 있을 것이다. 여기서 k는 볼츠만 상수, T는 절대 온도, n은 세제곱미터당 입자 수이다. 플라즈마 가둠은 오직 자기장 압력에 의해서만 이루어지며, 이 압력은 자기장의 제곱에 비례하여 증가한다.
5.2 테슬라의 자기장 강도로 자기장 압력은 200기압이다. 플라즈마 가둠을 고려하면, 그 압력은 이 값보다 훨씬 낮게 유지되어야 한다. 초전도체 장치의 사용으로 인해 자기장을 무한정 증가시킬 수 없으므로, 반응기 챔버 내 플라즈마 밀도는 매우 낮은 값으로 제한된다. 이러한 사실로부터 우리는 신뢰할 수 있는 거시적 정의를 벗어나는 완전히 충돌 없는 물체를 볼 수 있다. N체 문제로 이를 관리할 수 있는가? 꿈도 꾸지 말라, 현재든 미래든 – 중성 유체 역학에서 할 수 있었던 것처럼 국소적으로 계산하는 것은 불가능하다. 모든 영역은 전자기장을 통해 다른 모든 영역과 결합되어 있다. 예를 들어, 플라즈마 코어에서 벽으로의 에너지 전달 문제를 생각해 보자. 전도 현상과 유사한 메커니즘 외에도, 난류에 속하는 것 외에도, '이상 수송'이라 불리는 세 번째 양상이 등장하는데, 이는... 파동을 사용한다.
요약하자면, 토카막은 이론가에게 악몽 그 자체이다.
플라즈마 자체는 통제 불가능한 행동을 제외하고는 유일한 문제가 아니다. 다른 모든 것들도 있다. 그중에는 벽으로부터의 불가피한 입자 박리가 있다. 글라이더를 타는 사람들은 이 기계의 기본 매개변수가 양력 대 항력 비율임을 안다. 이는 높이 손실 1미터당 비행 미터 수를 표현한다(활공비). 세일플레인 날개는 특정 속도에서 특정 양력력을 생성한다. 같은 속도에서 항력력이 발생하는데, 이는 두 가지이다. 첫째는 유도 항력이다. 이는 날개 끝의 와류로 인한 에너지 손실이다.
무한한 날개 폭이 아니라면 이를 피할 수 없다... 글라이더가 날개 폭이 매우 크고(종종 20미터 이상), 종횡비(날개 반폭과 평균 날개 폭의 비율)가 20 이상인 이유는 이를 줄이기 위해서이다. 항력의 두 번째 원인은 점성 항력이다. 이는 가장 매끄러운 날개 표면을 추구함으로써 줄일 수 있다. 좋은 광택 덕분에 날개 표면 바로 근처에서 난류의 시작을 지연시킨다. 이 현상은 기본적인 유체 불안정성이며, 표면 광택의 우수성은 그 발생을 지연시킬 뿐이다. 반대로, 이 난류는 섭동에 의해 시작될 수 있다. 고요한 대기에서 연기 줄기를 보면, 이는 입자 함량으로 착색된 뜨거운 기체의 상류이다. 처음에는 고요했던 이 연기 줄기는 주변 공기의 고요함과 관계없이 10센티미터 상승 후 격렬한 난류가 될 것이다. 상승하는 흐름에 바늘과 같은 장애물을 도입하면 비가역적인 난류를 촉발할 수 있다. 세일플레인 날개의 매끄러운 표면의 미세한 거칠기도 동일한 역할을 하며, 난류 현상을 촉발하여 공기 마찰을 쉽게 100배 증가시키고, 따라서 총 항력을 증가시킨다. 현대 세일플레인에서는 현의 60% 이상에 걸쳐 층류 흐름(비난류, 평행 층)을 유지하는 데 성공한다. 만약 모기가 전연에 충돌한다면, 이 미세한 요철은 약 30도 더 뒤쪽 영역에서 난류를 시작할 것이다. 이 때문에 활공비가 50 이상인 대회용 세일플레인에는 자동으로 적시에 작동하는 전연 청소 장치가 있는데, 이는 선형 와이퍼와 비교할 수 있으며, 브러시가 전연을 따라 앞뒤로 이동한 후 숨겨진 장소로 돌아간다. 항공기의 연료 소비를 줄이기 위해 전체 활공비를 높이기 위해 상당한 노력이 기울여졌다. 60년대로 돌아가면, 오를리와 디종 사이를 날 수 있었던 '카라벨'은 활공비 12를 가졌다. 오늘날, 괴물 같은 에어버스 A380조차도 활공비 20 이상을 가진다.
즉, 추진력이 없고 네 개의 엔진이 공회전할 때, 1만 미터 높이에서 출발하면 200킬로미터를 활공할 수 있다.
플라즈마와 토카막으로 돌아가자: 이 기계에서는 미세한 입자에 의해 미세한 난류 부피가 촉발될 수 있으며, 이는 벽에서 찢겨 나온 것들로, 반응 챔버를 침범할 것이다. 난류 측면에서 범위는 극도로 넓으며, 이 미세 난류부터 전체 부피를 포함하는 전기역학적 플라즈마 경련까지 퍼진다.
결론적으로, 엔지니어들은 신뢰성이 낮은 근사적인 경험적 '엔지니어 법칙'을 사용하지 않고는 작동 중인 시스템을 관리하지 못한다. 비평형이 군림하고 측정이 극도로 어려운 이 영역에서는 컴퓨터가 도움이 되지 않는다. 실험만이 유일한 지도자이다. 또한 외삽은 새로운 예상치 못한 현상을 발견하게 하는데, 예를 들어 퐁테네 오 로즈의 TFR에서 컬럼의 JET로 크기가 점프했을 때 나타난 수직 플라즈마 이동(VDE, Vertical Displacement Event)이 있다.
리버모어에 위치한 NIF(국가 점화 시설)의 최근 실패는 세계에서 가장 강력한 컴퓨터의 도움을 받아 크고 비용이 많이 드는 시설에서 탐사가 실패한 좋은 예이다. 이는 2010년부터 2012년까지 2년간의 시험 끝에 NIC(국가 점화 캠페인)의 결론이다. 192개의 레이저로 구성된 이 시스템은 수 나노초 안에 500테라와트(미국 전력망 전력의 1000배 이상)를 방출하며, 중수소-삼중수소 혼합물로 채워진 지름 2mm의 구형 타겟에 집중된다. 이 타겟은 홀라우름(독일어로 오븐)이라 불리는 길이 2cm, 지름 1cm의 원통형 상자 중심에 삽입된다.
계획은 다음과 같다: 레이저의 원반형 빔 절반은 홀라우름 한쪽 측면의 개구부로 돌진하고, 나머지 절반은 반대쪽 측면의 구멍으로 돌진한다. 이 초박형 자외선 빔은 금으로 만들어진 오븐의 내벽을 타격한다. 오븐은 X선 복사를 재방출한다. 정밀하게 초점을 맞춘 레이저 빔은 내벽에 3개의 스팟 배열을 만든다. 재방출된 X선 복사는 이후 구형 타겟을 타격한다. 이를 간접 조사라고 부른다. 이 시스템은 기본적으로 수소 폭탄의 핵융합 단계를 모방하기 위해 고안되었는데, 여기서 X선 복사(이번에는 핵분열 장치에 의해 생성됨)는 핵융합 폭발물(리튬 중수화물)을 포함하는 애블레이터라 불리는 껍질의 벽을 타격한다. NIF에서는 이 폭발물이 더 낮은 온도, 약 1억 도에서 핵융합이 시작되는 중수소-삼중수소 혼합물로 대체되었다. 외피(애블레이터, 얇은 구형 껍질)는 승화하여 외부와 내부 방향으로 폭발한다. 우리는 이 역압축을 사용하여 타겟 중심에 '핫스팟'을 생성하고, 관성 가둠 방식으로 점화를 시작하기를 희망한다.
이 모든 것은 존 린들의 지휘 하에 계산되었다. 2007년 맥스웰상 수여식에서 이 과학자를 위한 한 논문은 일어날 일을 세밀하게 묘사했다. 이론가들은 린들이 점화가 광범위한 실험 시리즈의 출발점이 될 것이라고 주장하는 것을 주저하지 않을 정도로 확신에 차 있었다. 시험 관리자도 마찬가지였으며, 그는 이론적 및 기술적 노력 30년을 마무리할 것으로 예상되는 운영 성공의 마감 기한으로 2012년 10월을 설정하기까지 했다.
결과는 거대한 실패였으며, 2012년 7월 19일 미국 에너지부(D.O.E.)가 데이비스 H. 크랜달의 감독 하에 작성한 보고서에 의해 지적되었다.
이 매우 중요한 논문과 관련된 이 관찰 보고서에서 남아야 할 것은, 기술 및 측정 측면에서 이 작업의 우수성에도 불구하고, 이 실험에서 나온 것은 세계에서 가장 강력한 컴퓨터의 도움을 받아 얻은 계산 데이터 및 예측과 어떤 관련도 보여주지 못했다는 것이다.
일부 관찰자들은 이러한 시뮬레이션이 추가 실험을 위한 투자 가치가 있는지 의문을 제기할 정도였다.
NIF 위기는 명백하다 – 비용 문제로 인해 레이저(네오디뮴 도핑 유리)의 수를 증가시키는 것은 불가능하다. 또한 단위 출력을 증가시키는 것도 불가능하다 – 실제로, 에너지로 포화되면 일정 수준 이상에서 균일성과 유리 품질과 관계없이 폭발하기 쉽다.
점화와 관성 가둠 핵융합을 시작하는 데 성공하려면, 내파 속도가 최소 초속 370킬로미터여야 한다.
이 속도에 도달하지 못할 뿐만 아니라, 훨씬 더 심각한 것은 애블레이티브 장치를 구성하는 껍질이 플라즈마로 변하여 그 D-T 내용을 밀어낼 때, 잘 알려진 불안정성인 레일리-테일러 불안정성으로 인해 '피스톤이 연료와 섞이는' 현상이 발생한다는 것이다. 그 영향을 최소화하기 위해서는 애블레이터를 더 두껍게 해야 한다. 그러나 그러면 관성이 증가하여 내파 속도 임계값에 다시 도달하지 못하게 된다.
컴퓨터에서 수행된 시뮬레이션은 모든 영역에서 잘못된 결과를 제공했다. D.O.E. 보고서에 명시된 바와 같이, 이 주제에 수십 년간의 연구와 수백 편의 논문 및 학위 논문을 투입했음에도 불구하고, 레이저와 벽(금 벽에 대한 X선 충격) 사이의 상호작용 모델링은 만족스럽지 않다. 챔버 내부의 벽 금 승화에서 비롯된 금 플라즈마와의 X선 빔 간 상호작용도 마찬가지이다. '역 라만 산란'이라 불리는 법칙에 따른 상호작용이다. X선 복사와 애블레이터의 상호작용도 올바르게 시뮬레이션되지 않았다. 마지막으로, 계산 알고리즘(LASNEX)은 레일리-테일러 불안정성의 무게, 애블레이터와 중수소-삼중수소 접촉면의 변형(장 융털을 연상시킴)을 완전히 과소평가했다.
이러한 사고들은 이러한 기계들이 솔직히 비평형 문제, 주로 비선형 문제를 공격하려고 할 때, 잘 모델링되지 않은 여러 메커니즘이 역할을 하는 상황에서, 훌륭한 시뮬레이션 컴퓨터 결과에 우리가 둘 수 있는 신뢰의 한계를 보여준다.
장 피에르 프티 박사