마티아스 바바이의 프랑스 Z 기계에 관한 논문

마티아스 바바이의 프랑스 Z-기계에 관한 논문

프랑스 Z-기계

마티아스 바바이의 논문

2006년 6월 17일 온라인 게시

이 논문은 다음과 같은 곳에서 매우 자세한 정보를 확인할 수 있습니다:

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

제목:

1미크로초 미만의 시간에 자기장 흐름을 압축하여 고압과 X선을 생성하는 것

2002년 7월 8일, 그라마( Lot 지역 군사실험센터, CEG)에서 방어적으로 발표됨.

그라마 발전기( 위 이미지 참조)는 250만 암페어의 전류 펄스를 800나노초 동안 공급할 수 있다.

그라마의 ECF 전기 발전기

확대된 사진은 시설의 지름이 약 20미터임을 보여주며(샌디아의 Z-기계는 약 33미터), 이는 매우 큰 규모임을 알 수 있다.

확대된 시설 사진

그라마의 ECF 시설 중심부

바바이가 고안한 장치는 그라마에서 시험되었으며 샌디아의 발전기에서도 검증되었다. 이 장치는 매우 독창적이다. 소련은 화학 폭약이 전도성 물질(구리 또는 알루미늄)로 구성된 "린너(lining)"에 압력을 가함으로써 자기장 흐름을 압축하는 시스템을 개발했다. 이 린너는 폭발로 인해 내부로 붕괴되며, 미리 코일에 전류를 흘려 넣어 생성된 자기장을 압축한다. 바바이의 논문에서 제안된 아이디어는, 화학적 압력으로 작동하는 자기누적 압축기의 외부 압력 대신 "자기압력"을 사용하는 것이다. 이 아이디어는 두 가지 핵심 요소를 포함한다:

*- 더 가벼운 린너를 사용하여 관성 감소

• 전체 에너지를 린너에 전달하여, "자기 기체"의 관성은 0이 되게 함 *

이를 통해 이중 단계 압축기(두 개의 린너, 큰 것과 작은 것)가 만들어진다. 이는 마치 사카로프의 플라스모이드 총을 막아두었을 때 얻을 수 있었던 결과와 유사하다.

수정된 사카로프의 플라스모이드 총

기존의 설계도를 다시 살펴보자. 전기 방전이 총열 A 내부에 자기장을 생성한다. 그 후 왼쪽에서 폭약이 발화되어 구리 린너가 팽창하게 된다.

구리 콘은 총열을 닫아 자기장을 가두며, 압축된 자기장은 구리 린너와 중심 린너 사이의 공간으로 알루미늄 링을 밀어낸다. 그러나 새로운 설계에서는 이 링의 방출을 막아, 링이 고속으로 닫힌 총의 끝부분에 충돌하도록 한다. 이로 인해 극도의 압력이 발생한다. 물론, 구리 링과 오른쪽에 있는 회색의 막힘 장치 사이에는 진공 상태가 유지되어야 한다. 알루미늄 링은 이 과정에서 증발하여 플라즈마로 변하며, 두 번째 린너 역할을 한다. 중심 린너 역시 플라스마로 변형된다.

바바이의 논문으로 돌아가자. 위의 장치 구성 요소는 다르게 구성되어 있다. 앞서 말했듯이, 두 개의 린너는 "선형"이며, 모두 플라즈마로 변환된다. 먼저 캐비티 A 내부에 일정한 자기압력이 형성되어야 한다. 이후 폭약 대신 자기압력을 사용하여 추진력을 제공한다. 그러면 다음과 같은 구조가 된다:

마티아스 바바이의 논문 장치 구성

이 장치를 더 잘 이해하기 위해, 두 단계의 과정을 하나의 이미지로 재구성하는 것이 좋을 것이다. 먼저 바바이 장치의 초기 상태를 보자:

마티아스 바바이 장치의 초기 상태

두 개의 전기 방전이 존재한다. 보라색은 "주 방전", 빨간색은 "보조 방전"이다. 이 두 방전은 공축 구조의 토로이드 형태의 두 개의 캐비티 내부에 자기장을 생성한다. 원통형 린너가 있으며, 이는 첫 번째 선형 집합으로 구성되어 있다. 바바이의 논문에 따르면, 이 선들이 강한 전류를 흘릴 때, 금속 플라즈마로 즉각 변하지 않고, 상당한 수명을 가지며, 이는 선형이 축 방향으로 수축하는 데 걸리는 시간의 약 80%까지 지속될 수 있다. 이는 샌디아 실험에서 축대칭성을 유지하는 비결이다. 이 물체가 붕괴될 때, 그것은 단순한 선형 배열이나 플라즈마 막대가 아니라, 두 가지의 혼합 상태이다. 이 현상은 말콤 헤인스가 이론화한 "껍질 형성"이라고 불린다.

"껍질" 형성

위 사진은 방전 초기의 선들. 선들이 표면에서 서서히 증발하기 시작한다. 여전히 고체 상태인 선들은 금속 플라즈마 코팅으로 둘러싸여 있다. 바바이의 논문에 따르면, 선들은 중심부가 차가운 고체 상태를 유지하며, 주변이 증발하여 금속 원자로 이루어진 플라즈마가 확산된다. 이 플라즈마 원통이 만나면 " Corona(결정)"이 형성된다. 바바이는 이 Corona가 붕괴 시간의 80%가 지나면 형성된다고 기술한다. 즉, 이 시간 동안 전류는 선들 각각을 통해 개별적으로 흐른다. 플라즈마(이온화된 가스)에서는 국부적인 전류 밀도와 자기장 강도가 변동할 수 있어 MHD 불안정성이 발생할 수 있지만, 선형 막대에서는 이러한 현상이 발생하지 않는다.

논문에 따르면, 텅스텐의 금속 증기 확산 속도는 10,000m/s, 알루미늄은 22,000m/s이다. 선의 지름(240본)은 약 10마이크론이다.

스테인리스 스틸 선의 확산 속도는 찾지 못했다. 샌디아 연구팀은 붕괴가 끝날 무렵 온도가 20억 도에 도달하는 것을 보고 매우 놀랐다. 가능한 설명 중 하나는 스테인리스 스틸 증기의 확산 속도가 더 낮아 Corona 형성 시점이 지연되어 불안정성이 발생할 가능성이 낮아지기 때문일 수 있다. 앞서 언급했듯이, 선들은 중심부가 차가운 고체 상태를 유지하므로, 축에 도달할 때 거의 "선형" 상태로 충돌하게 된다. 플라즈마 줄이 마지막 순간에 형성된다. 따라서 충돌 직전의 반경 방향 속도는 수백 km/s에서 1,000 km/s까지 도달할 수 있다. 이는 물질의 변화와 관련된 급격한 온도 상승을 초래한다. 이는 여전히 미해결의 질문이다.

시간 tm에 이 금속 플라즈마 막대들이 만나게 된다. 이로 인해 두 가지 이점이 생긴다. 이 닫힘은 자기장에 대해 밀폐된 "벽"을 형성하며, 원주 방향의 비균일성은 MHD 불안정성의 증가를 억제하고, 시스템의 축대칭성을 유지한다.

바바이의 논문 설계도를 다시 정리해보자:

크로우바 이후의 바바이 장치

이 방전에서는 커패시터가 인덕턴스를 가진 회로에 방전된다. 3차원적으로 보면 보라색과 빨간색 전류 막대는 토러스의 생성곡선을 형성한다. 마치 "코일"과 유사하다. 보라색과 빨간색 전류 막대가 축 방향으로 진행되면서, 바바이가 "갭(gap)"이라 부르는 부분을 닫게 된다. 이로 인해 이 "코일"은 충전된 커패시터로부터 고립된다. 이는 이전에 언급한 크로우바의 개념과 일치한다. 빨간색 전류는 계속해서 이 코일을 따라 흐르며, 저항(자기 저항)에 의해 자연스럽게 전류가 감소한다.

보라색은 "주 전류(Jprim)"를 의미한다. 이 전류는 자기장을 생성하며, 그 선은 보이지 않지만 원주 방향이다. 이 자기장은 자기압력으로 작용하며, 이는 항상 원통형으로 설계된 첫 번째 린너에 작용한다. 빨간색 전류가 생성하는 자기장이 있는 부피는 줄어들게 된다. 자기 흐름 보존 법칙에 따라 자기장이 증가하고, 전류(빨간색)도 증가하게 되며, 이를 Jamp(증폭된 전류)라 부른다. 이 자기압력은 그림 상단에 있는 두 번째 "선형 린너"에 작용하며, 이는 "막힌 플라스모이드 총"에서 알루미늄 링이 수행했던 역할을 한다. 두 번째 린너 역시 비균일한 막대 형태로 변하며, 금속선과 증기화된 금속 분위기로 구성된다. 이 모든 것이 조용히 축 방향으로 수렴한다. 결국 모든 것은 실험 조건의 매개변수에 달려 있다. 따라서 그림 상단에는 초기 지름이 있는 "새장"이 존재한다. 이 새장에 흐르는 전류는 샌디아 실험보다 약간 낮은 250만 암페어(샌디아는 2,000만 암페어)이며, 크기도 작다. 이 붕괴는 수백만 도의 온도를 달성하며, 이는 X선 발생기로서의 성능을 입증한다. 그러나 만약 이 장치가 더 큰 새장을(지름 8cm) 사용하고, 전류를 2,000만 암페어까지 올릴 수 있다면, 그라마의 장치가 20억 도의 극한 온도를 달성할 수 있을 것이다. 특히, 그라마의 전원 공급 시스템은 샌디아의 Z-기계와 마찬가지로 100나노초의 펄스를 제공한다.

몇 가지 결과를 살펴보자(바바이의 논문 참조, 온라인 접근 가능).

파란색: 주 전류, 빨간색: 보조 전류

주 전류는 발전기가 점점 증가하는 인덕턴스를 가진 코일에 방전되면서 감소한다(이것은 캐비티 확장과 관련 있음). 보조 전류는 처음에는 느리게 증가하며, 이는 단순히 전원(커패시터가 코일에 방전)에서 발생하는 것이다. 갑작스러운 변화는 "갭"이 막히거나 크로우바가 작동하는 순간, 즉 발사 후 약 2마이크로초 이후이다. 이 시점에서 빨간색 전류가 급격히 증가한다. 이는 토로이드 형태의 캐비티가 압축되면서 인덕턴스가 감소하기 때문이다. 이로 인해 유도 전류 피크가 발생한다. 전류 상승 시간은 요구되는 수십 나노초와 일치한다. 이 상승 시간은 두 번째 린너가 붕괴하기 전에 완료되어야 하며, 이는 선들이 운동 에너지를 획득하고, 축에 충돌할 때 열 에너지로 변환되기 때문이다.

이 그림은 다른 실험에서 얻은 것이다. 여기서 X선 방출되는 전력이 확인된다.

X선 형태로 방출되는 전력

노란색: X선 형태로 방출되는 전력

바바이의 논문을 분석한 결과, 프랑스는 Z-기계와 유사한 실험을 수행할 수 있는 모든 기술적 역량을 갖추고 있다(“우리 집에도 비슷한 것이 있다, 조금 작긴 하지만”). 개인적으로, 압축기 구조를 개선하여 큰 린너의 붕괴를 더 안정적으로 만들 것을 제안한다. 큰 린너가 너무 급격한 각도로 굴곡될 필요는 없다. 이 장치는 더 큰 린너를 사용하고, 전류를 2,000만 암페어까지 끌어올릴 수 있다면, 샌디아의 성과와 유사한 결과를 얻을 수 있을 것이다. 물론, 장치는 약간 덜 강력하더라도, 그라마의 전원 공급 방식을 그대로 사용할 수 있다. 어쨌든, 내가 그라마에 있었다면 즉시 이 실험을 시도할 것이다. 물론, 나는 이 발견의 민간 응용에만 관심이 있지만, 우선적으로 어떤 수단이든, 어떤 장소든, 어떤 환경이든, 리튬 수소화물의 순수 핵융합을 달성하는 것이 가장 시급하다. 이후에는 “각자 자신의 삶을 살면 된다.” 민간은 이를 전력 발전기로 재구성하고, 군사적 목적에서는 전기 전원을 대신해 러시아식 자기화학 폭약으로 교체하여 핵융합 폭탄을 제조할 수 있다. 어쨌든, 프랑스가 순수 핵융합 폭탄을 만들게 되면, 그들은 유일한 국가가 아니다. 현재 미국에서 벌어지고 있는 폭발적인 분위기를 보면, 러시아나 중국, 또는 다른 나라에서도 유사한 상황이 발생할 것이다.

2006년 6월 18일: 마티아스 바바이 장치의 개선 제안(매우 단순화된 형태). 수렴부는 명확히 예리한 각도가 아니다. 수치 시뮬레이션을 통해 최적화해야 하지만, 1번 선형 린너가 더 안정적일 것으로 보인다.

** ** | 현상이 계속된다. 1번 린너의 하류에서 자기압력이 작용하여 두 번째 토로이드 캐비티의 크기가 줄어들며, 이에 따라 연결된 전류 막대의 전류가 증가한다. 2번 선형 린너의 전류가 강화되며, 스테인리스 스틸 선의 증발이 가속화된다. "껍질"이 형성되며, 이 린너는 시스템의 축 방향으로 붕괴된다. |
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이 장치의 더 높은 대칭성은 중심 선형 새장 내부에서 압력과 온도의 최적 상승을 가능하게 할 것이다.

붕괴 종료 시 온도는?

그라마의 기계에서 기대할 수 있는 성능은 무엇인가? 전류는 제한되어 있다. Z-기계의 20메가암페어 대비 250만 암페어로, 영국의 매지(Imperial College)는 140만 암페어까지 올라간다.

이러한 시설의 비용은 얼마인가? 샌디아의 Z에서 ZR로의 전환 비용은 6100만 달러였다. Z-기계의 비용은 약 5000만 유로로 추정된다. ITER의 비용은 130억 유로로 추정되며, 이는 더 높아질 가능성이 있다. 이 경우 비율은 약 1:260이다. LMJ(메가줄 레이저)의 비용은 25억 유로이며, 이는 프랑스 ZR 기계의 50배에 해당한다. 만약 논리적으로 접근한다면, 100나노초 내에