샌디아의 Z-기계 (뉴멕시코)
오염 없고 방사능 없는 핵융합:
손에 닿을 만큼 가까이!
읽는이가 지적했듯이, 헬륨-수소 반응을 포함한 중수소와 트리튬의 핵융합 반응에만 집중되어 있는 사람들이 많다. 그러나 더 높은 온도에서는 다른 핵융합 반응이 존재한다. 리튬-수소 반응은 5억도, 보론-수소 반응은 10억도에서 발생하며, 이 반응들은 헬륨만을 생성하므로 방사능이나 폐기물이 전혀 발생하지 않는다. Z-기계(20억도)는 이러한 온도를 훨씬 초과했다.
읽는이가 제보한, 최근 위키백과에 게재된 좋은 기사
http://fr.wikipedia.org/wiki/Z_machin
2006년 5월 26일
5월 30일: 민간 부문의 반응 부재
이 문제를 다시 살펴보아야 한다. 프랑스에서는 사이언스 앤 뷰, 사이언스 앤 아비어르에 몇 줄의 기사 외에는 거의 반응이 없었다. 시작은 다음 웹사이트에서 이루어졌다.
http://www.futura-sciences.com
. 대형 언론에서는 완전히 침묵이다. "월드 데스 사이언스"에도 아무런 기사가 없다.
이 사실들을 원천에서 다시 살펴보자. 구글에서 다음과 같이 검색해 보자:
deeney z machine
크리스 디니는 30년 전 제로일 요나스의 연구를 이어받아 샌디아(뉴멕시코)에서 실험을 이끌고 있는 사람이다(전자빔을 이용한 핵융합, 1979년 1월 자 '포르 라 사이언스' 참조). 이 검색을 통해 다양한 정보를 찾을 수 있지만 가장 신뢰할 수 있는 것은 샌디아 연구소의 커뮤니케이션 부서가 처음 제공한 정보에 바로 접근하는 것이다. 다음 주소에서 샌디아 커뮤니케이션 부서가 발표한 정보를 찾을 수 있다:
http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/index.html
이를 통해 다음과 같은 정보를 얻을 수 있다:
전문가들을 위한 샌디아 Z-기계 설명:
(전문가가 아니라면 이 박스 안의 내용은 건너뛰어도 된다.)
PBFAZ 발전기는 처음에는 이온 빔을 생산하기 위해 설계된 고출력 펄스 발전기이다. 1996년에 Z-핀치(Z-pinch)용 부하에 적합하게 개조되어 이후 "Z"라고 불리게 되었다. 이 발전기는 전형적인 물선(line)을 통해 전류를 증폭한다. 외부에서 내부로는 36개의 마르크스 발전기(가장 바깥쪽에 보임), 물선을 통한 전력 증폭부, 진공부로 구성되어 있다. 이 발전기는 지름 33미터, 높이 6미터이다.
도면:
시간은 각 요소 내에서의 전파 시간을 나타내며, 각 요소는 그 자체로 하위 요소들로 구성되어 있다. 하위 요소들의 특성(전파 시간, 임피던스)은 관련된 작은 표에 기재되어 있다. 점착기(스파크)는 레이저로 유도(도면의 LS 점착기)되거나 자동으로 물 속에서 작동(도면의 WS 점착기)한다. 도면 전체 길이에 걸쳐(마르크스 발전기에서 부하까지) 물선 요소 아래에 있는 표는 각 요소의 등가 용량과 인덕턴스를 제공한다.
Z의 자기 절연선
마르크스 발전기는 11.4메가줄의 전기 에너지를 저장하며, 물선 집합체를 통해 4.5메가줄의 에너지를 출력한다. 이 물선은 커패시터 방전 시간을 105나노초로 압축한다. 물선의 연속된 단계에서 점착기를 통해 출력되는 전류는 물/진공 인터페이스를 통해 자기 절연선으로 전달된다. 이 인터페이스는 지름을 가지며, 네 개의 콘(전선이 분리된 구조에서 회전 대칭 구조로 전환되는 점에 주목)으로 쌓여 있다.
Z의 일반적인 컨볼루트
이 선들은 A, B, C, D라는 네 단계로 나뉘어져 있다. 위 도면에 나타낸 컨볼루트는 각 단계의 전류를 합산하여 손실을 최소화하려는 시도이다.
이제 타입 Z-핀치(예: 길이 2cm, 초기 반지름 2cm, 질량 4mg)에 대해 10~20메가암페어의 펄스를 공급할 수 있으며, 지속 시간은 105나노초이다. 이와 같은 부하에 대해 공급되는 전력은 약 40테라와트에 이른다.
진단을 위해 네온 세포의 빠른 전이 이온화를 이용한다:
네, 맞습니다. '비리온'은 '십억'을 의미합니다. 직접 조사해 보세요. 샌디아 연구소에서 나온 여러 보고서를 찾을 수 있습니다. 지금까지는 별로 중요한 일이 없었습니다. 온도는 천천히 상승해 왔습니다. 1999년 6월 4일자 보고서:
http://www.sandia.gov/LabNews/LN06-04-99/zmachine_story.html
에 따르면 샌디아 연구자 크리스 디니(1644), 크리스틴 커버데일(15344), 비ctor 하퍼-슬라보스제비츠(15344)는 세계에서 가장 강력한 엑스선 소스를 이용해 핵폭발 근처에서 발생할 것으로 예상되는 방사선 효과를 시험했다.
명확히 말해, 샌디아의 실험은 핵폭발에서 발생하는 엑스선 방출을 "모방(mimic)"하기 위한 것이다. 이 시점에서 이 기계는 단순한 "엑스선 소스"에 불과하다.
실험 도중 Z-기계는 4.8keV(킬로전자볼트, 엑스선의 색 스펙트럼을 측정하는 단위)에서 100킬로줄 이상의 엑스선을 생성했다(킬로줄은 열에너지의 단위). 이 양의 복사 에너지는 무기 효과 실험에 중요한 능력을 제공한다. 이 엑스선 에너지에서 다른 소스는 10킬로줄만 생성했다.
"우리가 이 중요한 지점을 달성했다는 사실에 매우 기쁘다," 크리스는 말했다. "지하 실험의 제한으로 테스트 능력이 제한되었지만, Z-핀치를 통해 우리는 지금까지 가장 실제와 가까운 결과를 얻었다."
크리스, 크리스틴, 비ctor는 마크 헤데만, 빌 바렛, 브래트 베데옥스(모두 15344)와 함께 Z-기계와 다른 소스를 이용해, 중성자 발생기 후보 물질이 고강도 방사선에 노출되었을 때 어떻게 반응하는지를 연구하고 있다. 핵무기가 폭발할 때, 높은 수준의 방사선이 발생하며, 이는 근처 시스템뿐 아니라 멀리 떨어진 시스템에도 실패를 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위해 샌디아가 설계하고 제작한 무기 부품과 하위 시스템은 임무 필요에 따라 결정된 방사선 수준에서 인증되어야 한다. 고방사선량과 고방사선 속도에서의 물질 테스트와 고급 컴퓨터 계산을 결합하는 것은 무기 부품에 적합한 재료를 선택하는 데 중요한 단계이다.
Z-기계 실험에서 수집된 정보는 컴퓨터 모델링을 검증하는 데 사용된다. 크리스는 컴퓨터 모델링이 가속화된 전략적 컴퓨팅 이니셔티브(ASCI) 프로그램을 통해 부품 인증에 점점 더 의존하고 있다고 말했다. 적절한 테스트 환경이 항상 존재하지 않기 때문이다.
"우리의 발견이 같은 사건에 대한 컴퓨터 모델링과 유사하다면, 모델링이 올바른 방향으로 가고 있다는 의미이며, 우리가 테스트할 수 없는 영역에서 모델이 말하는 내용에 더 큰 신뢰를 가질 수 있게 된다," 크리스는 말했다.
1992년 미국에서 전면적인 핵실험이 중단된 이후 과학자들은 실제로 폭발시키지 않고도 무기의 신뢰성을 검증하는 새로운 방법을 개발해 왔다. 샌디아의 사턴과 Z와 같은 지상 시뮬레이터에서 일하는 과학자들은 재료와 부품을 테스트하기 위한 엑스선 소스를 개발했다. 특히 강력한 Z-기계는 이전에 불가능했던 더 현실적인 물리적 조건에서 실험을 가능하게 했다.
최근 실험은 샌디아 내부뿐 아니라 핵무기 공동체 전체의 협력 effort였다. Z에서 엑스선 소스 개발 실험은 방어 위협 감소 기구(DTRA)의 랄프 슈나이더가 후원했으며, 특히 국방부 관심 분야에서 핵무기 공동체 내 고유한 테스트 능력을 강화하기 위한 목적이었다. 비ctor 하퍼-슬라보스제비츠와 빌 바렛은 이 소스 개발을 활용해 샌디아의 부품 개발 및 인증 프로그램을 위한 데이터를 수집했다.
Z-기계는 커패시터로 구성된 펄스 전력 가속기이다. 이 커패시터는 큰 배터리처럼 1분 이상 전기를 충전한다. 전기는 1000억 분의 1초 안에 방출되어 50조와트, 1800만 암페어의 펄스를 생성한다. 이 펄스는 전선 배열(로드)에 집중되어 플라즈마를 생성한다. 이 플라즈마는 축 방향으로 수축되어 알려진 'Z-핀치'로 알려진 현상을 일으키며 엑스선을 방출한다.
크리스틴은 Z-기계 최신 실험에서 사용된 '중첩된' 전선 기술에 대해 또 다른 중요한 성과를 달성했다고 말했다.
이 기술은 메리사 도글라스(1644)와 미국 해군 연구소 및 프랑스의 다른 연구자들이 이론적으로 개발했다.
이전 실험에서는 최대 160개의 티타늄 전선 배열을 사용했지만, 이번에는 96140개의 전선 배열 내부에 4870개의 티타늄 전선 배열을 중첩하여 축 방향으로 수축 시 안정성을 높였다. 이 추가적인 안정성은 Z-핀치의 품질을 향상시키고 방출되는 복사의 유용성을 높인다.
중첩된 전선 배열은 이전에도 Z에서 성공적으로 사용되었지만, 텅스텐 전선만 사용했었다. 이 실험들은 관성적 충격 융합 프로그램을 지원하기 위해 수백 테라와트의 엑스선을 생성했다. 크리스와 크리스틴은 방사선 테스트 실험에서 티타늄을 사용한 이유는 더 높은 전력과 더 높은 에너지의 엑스선 소스를 제공하기 때문이다.
이 실험의 일부로, 중성자 발생기 후보 재료는 소스로부터 일반적으로 1.5피트에서 4피트 사이의 거리에 배치되었다. 엑스선 폭발 후 각 거리에서 발생한 응력과 재료의 상태를 진단하여 방사선의 영향을 확인할 수 있다.
"우리는 재료에 손상이 있는지, 방사선이 손상을 유발하는지, 어떤 종류의 손상인지 확인하고자 한다. 예를 들어, 재료가 벗겨지거나 균열이 생기거나 파손되는지 확인하고자 한다," 크리스틴은 말했다. "Z-기계에서의 시험은 고방사선 노출에 견딜 수 있는 재료를 찾는 데 매우 유용한 도구를 제공한다."
샌디아의 크리스 디니, 크리스틴 커버데일, 비ctor 하퍼-슬라보스제비츠는 세계에서 가장 강력한 엑스선 소스를 사용하여, 핵폭발에서 발생하는 강력한 방사선에 노출된 재료의 내구성을 시험했다.
이 실험 중 Z-기계는 4.8keV에서 100킬로줄 이상의 에너지를 방출했다.
이해관계자는 이 실험의 핵심이 단순한 엑스선 소스라는 점을 강조한다.
이 양의 에너지는 의미가 크다. 이전까지는 10킬로줄만 얻었지만, 이번에는 100킬로줄을 얻었다.
디니는 "매우 흥분된다"고 말하며, "이 실험은 지하 핵실험에서 발생하는 방사선 흐름에 점점 더 가까워지고 있다"고 말했다. 이 글은 방사선에 노출된 재료의 내구성을 테스트하는 것이 왜 중요한지 설명한다. 모두가 컴퓨터 시뮬레이션과 실험 결과가 일치함을 기뻐하며, "지금까지의 방향이 올바르다"고 말한다. 이 프로그램은 1992년부터 시작되었으며, 아래에는 1999년 '포르 라 사이언스'의 기사에서 미국 하리 데이비드슨 군사연구소(워싱턴 근처)에서 개발된 첫 번째 시스템 사진이 있다. 이 시스템은 유도 미사일의 헤드에 대한 방사선 저항성을 테스트하기 위해 개발되었다.
이 글은 Z-기계가 커패시터 기반 시스템이며, 1분 동안 충전된 후 100나노초(0.1마이크로초) 안에 방출된다고 설명한다. 이때 50테라와트, 1800만 암페어의 전력이 발생한다. 이 펄스는 전선 배열(로드)에 전달되어 플라즈마로 변환되며, 이 플라즈마는 축 방향으로 수축되어 'Z-핀치'라고 알려진 현상을 만든다.
빨간 글씨로 표시된 부분:
이 기술은 이론적으로 미국 해군 연구소와 프랑스의 연구자들이 개발했다.
처음에는 최대 160개의 티타늄 전선 배열을 사용했다. 이후 두 개의 전선 배열을 중첩하여 축 방향으로 수축 시 안정성을 높였다(아래 참조).
이 새로운 시스템(중첩 배열)은 두 개의 전선 배열을 원통형 표면에 놓고 축 방향으로 중첩하여 Z-핀치 기계의 효율을 높인다.
이러한 다중 전선 배열은 이전에 텅스텐 전선을 사용하여 성공적으로 사용되었으며, 이 실험들은 관성적 충격 융합 프로그램을 지원하기 위해 수백 테라와트의 엑스선을 생성했다. 크리스와 크리스틴은 티타늄을 사용한 이유는 더 높은 전력과 에너지를 제공하는 엑스선 소스가 되기 때문이다.
이 실험의 일부로 중성자 발생기 후보 재료는 소스로부터 1.5피트에서 4피트 사이의 거리에 배치되었다. 엑스선 폭발 후 각 거리에서 발생한 응력과 재료의 상태를 진단하여 방사선의 영향을 확인할 수 있다.
따라서 이 실험의 목적은 핵미사일의 헤드가 유도 미사일 시스템에 대해 얼마나 견딜 수 있는지를 엑스선 소스로 시험하는 것이다.
특히 재료에 발생하는 손상과 손상 유형을 확인한다. 예를 들어, 재료가 벗겨지거나 균열이 생기거나 파손되는지 확인한다.
크리스틴은 추가로 말했다:
"Z-기계에서의 시험은 고방사선 노출에 견딜 수 있는 재료가 무엇인지 파악하는 데 매우 유용한 도구를 제공한다."
(* ) 프랑스에서는 DAM(군사적 응용 부서)에서 연구가 이루어졌지만, 이 분야는 메가줄 프로젝트와 ITER 프로젝트라는 두 '공학자들의 성전'에 비해 지원이 적었다.
기원: 1976년 워싱턴 근처의 군사 연구소 하리 다이아몬드에서 촬영된 '오로라' 시스템. 이 소스는 당시 20테라와트에 달했으며, 1천만 볼트에서 작동했고, 100나노초의 펄스를 생성했다. 그러나 "오로라"는 핵융합에는 사용되지 않았다.
이제 위로 올라가서 2006년 3월 8일 샌디아 연구소에서 발표한 소식을 읽어보자. 번역해 보자:
샌디아 국립연구소
즉시 보도 자료
샌디아의 Z-기계는 20억 켈빈 이상의 온도를 달성했다.
알buquerque, 뉴멕시코. 샌디아 연구소의 Z-기계는 20억 켈빈 이상의 온도를 가진 플라즈마를 생성했으며, 이는 별의 중심보다 높은 온도이다(태양 중심은 약 2천만 켈빈).
이 예상치 못한 에너지 흐름이 원인을 설명할 수 있고, 이를 활용할 수 있다면, 더 작고 비용이 적은 핵융합 기계(ITER와 같은 문제를 안고 있는 기계보다)가 결국 더 큰 시설만큼 많은 에너지를 생산할 수 있을지도 모른다.
이 현상은 태양 플레어와 같은 천체물리학적 현상이 어떻게 높은 온도를 유지하는지 설명할 수도 있다. (나는 다른 설명이 있다: http://www.jp-petit.com/science/couronne_solaire/couronne_solaire.htm, 그러나 넘어가자.)
이러한 강력한 복사 방출은 핵무기 재고의 안전성과 상태를 보장하기 위한 코드를 검증하는 실험적 확인을 제공할 수도 있다. 이는 Z-기계의 주요 임무였다. (명백히, 이 해설자는 Z-기계가 핵무기 헤드의 내구성을 시험하기 위한 엑스선 소스를 넘어서는 존재라는 점을 인식하지 못하고 있다!)
처음에는 믿을 수 없었고, 프로젝트 책임자 크리스 디니는 말했다. 여러 번 실험을 반복해 실수인지 확인했다.
이 결과는 스펙트로미터로 기록되었으며, 해군 연구소의 아프루제세와 동료들의 수치 시뮬레이션에 의해 확인되었다.
마이클 헤인스는 Z-핀치에 대해 잘 알려진 연구자로, 2월 24일자 '물리학 리뷰 레터스'에 이 실험에 대한 가능한 설명을 제시했다.
샌디아는 미국 국가안보부 소속 연구소이다.
무엇이 일어났고, 왜 그런가?
이 실험에서 방출된 "Z-에너지"는 여러 가지 질문을 제기한다.
먼저, 방출된 엑스선 에너지는 공급된 에너지보다 4배 이상 높았다. 일반적으로 핵반응이 없을 때 방출되는 에너지는 시스템에 공급된 에너지보다 낮아야 한다. 따라서 추가적인 에너지가 존재