Ongezonde fusie met de Focus-machine

Niet-vervuilende fusie met de Focus-machine

Niet-vervuilende fusie, een andere mogelijke richting?

De Focus-afspraken

De resultaten die tot nu toe zijn verkregen, hebben niet dezelfde betrouwbaarheid als die van de Z-machine van Sandia, maar het leek ons interessant om deze experimenten te noemen om de zeer brede reikwijdte van MHD te laten zien, wat betreft het verhogen van de dichtheid en temperatuur van een plasma. In dit opzicht is de Focus-afspraken zeer origineel. Het blijft echter onduidelijk of de hoge temperaturen gemeten met behulp van de röntgenstraling daadwerkelijk de temperatuur van het plasma zijn of het effect van impact op de anode. E. Lerner, die niet de middelen heeft van het krachtige laboratorium in New Mexico, is ervan overtuigd dat dit aantoont dat een temperatuur van meer dan een miljard graden (100 keV) is bereikt. Wij zullen hem de verantwoordelijkheid voor deze conclusie geven.

Werking principe

1 juni 2006

FOCUS is een experiment dat al sinds het begin van de jaren 2000 veel mensen bespreken. Er zijn elementen te vinden in de Wikipedia-encyclopedie op:

http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_focus

Fusie, voor iedereen, roept direct twee unieke richtingen op.

• Fusie in Tokamaks, wat overeenkomt met de kostbare experimenten van ITER, die zal worden geplaatst in Cadarache, in het noorden van Aix-en-Provence

• Fusie met lasers, wat deze andere "kathedraal voor ingenieurs" is, het Megajoule-project, gelegen in Barp, dicht bij Bordeaux.

Fusie verwijst ook uitsluitend naar die van deuterium en tritium, wat de fusie is die zich voordoet bij de laagste temperatuur. Deuterium is een eerste isotoop van waterstof waarvan de kern bestaat uit een proton en een neutron. De kern van tritium bevat een proton en twee neutronen.

Deze fusie, die optreedt wanneer de temperatuur bereikt is van honderd miljoen graden (met een snel tempo), produceert een heliumkern en een snelle neutron met een energie van 14 MeV (14 miljoen elektronvolt). In het centrum van de zon is de temperatuur van de "kachel" slechts 15 tot 20 miljoen graden en de fusie verloopt daar veel langzamer (anders zou de zon ontploffen).

De moleculen van zwaar waterstof lijken op die van licht waterstof. Ze hebben dezelfde chemische eigenschappen:

Aan de linkerkant, een D-D-molecuul en aan de rechterkant, een T-T-molecuul. De binding wordt verzekerd door elektronen, hier weergegeven als bijen. De "nucleonen" worden weergegeven als duiveltjes. De protonen, elektrisch geladen, zijn paars, de neutronen, elektrisch neutraal, zijn rood.

Vanaf 3000° wordt waterstof "volledig geïoniseerd", de elektronen verlaten de kernen en verandert waterstof (licht of zwaar) in plasma, een mengsel van een "elektronengas" en geladen kernen. Maar rond de 100-150 miljoen graden beginnen deze kernen te reageren:

Hier is het schema van de fusie van zwaar waterstof:

De lezer kan zich vertrouwd maken met al deze concepten gerelateerd aan kernenergie door mijn stripverhaal gratis te downloaden

Energietisch Uw

beschikbaar op de site http://www.savoir-sans-frontieres.com op de volgende locatie:

http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/energetiquement_votre.htm

Het uitzenden van het fusie-neutron van 14 MeV is het probleem, want deze deeltjes veroorzaken een geïnduceerde radioactiviteit in alle structuren van de reactor. Deze neutronen integreren zich in de materialen van de reactorstructuren, waardoor verschillende onstabiele stoffen ontstaan die onmiddellijk radioactief worden en afval vormen. Deze neutronenstroom verandert ook de structuren van de reactor, kan op termijn de soliditeit van de onderdelen in gevaar brengen en het goede functioneren van de solenoïden die het plasma beheren verstoren.

Het bovenstaande plaatje verwijst naar de herstelling van tritium. In de praktijk maken fusie-neutronen niet alleen tritium aan. Ze creëren ook verschillende radioactieve isotopen, door het effect van kunstmatige radioactiviteit (in tegenstelling tot de "natuurlijke radioactiviteit" die is verbonden met radioactieve isotopen die in de natuur voorkomen en die oorspronkelijk zijn ontstaan in supernova-explosies, en vervolgens zijn opgenomen in de massa van de aarde bij de vorming ervan). Een laag lithium gedraagt zich als een "vruchtbare stof" die continu tritium moet aanmaken, dat radioactief is (halveringstijd: 12 jaar) en niet in de natuur voorkomt.

De gemiddelde persoon weet meestal niet dat fusie is als "kernchemie", waarbij men begint met een "fusiemengsel", een "reactie" en die geeft "reactieproducten". Deuterium-tritium-fusie is slechts één van de mogelijke reacties. Maar het is de reactie die zich voordoet bij de laagste temperatuur

**Niet-vervuilende fusiereacties, vrij van radioactiviteit en radioactief afval! **

We hebben gezien in een dossier over de Z-machine dat een temperatuur van twee miljard graden in 2005 is bereikt in de Sandia-laboratoria in New Mexico. Op de voet merken we op dat het doel van de proef niet was om zo hoge temperaturen te bereiken, maar om een eenvoudige röntgenbron te creëren, onder enkele miljoenen graden. Toch, onverwacht, heeft deze plasma-compressor ... twee miljard graden geproduceerd, op een volledig onbetwistbare manier. Dit uitzonderlijke resultaat heeft direct ongemak veroorzaakt bij de teams die al decennia deze kostbare projecten beheren, namelijk:

• Laserfusie (in Frankrijk: Megajoule)

• Fusie in tokamak-machines (in Frankrijk: ITER)

Maar we zullen zien dat deze Z-machine misschien niet de enige is die zo hoge plasmas kan produceren (terwijl de ITER-machine, die continu werkt, haar temperatuur niet kan verhogen). Met een analogie zou men kunnen zeggen dat er zo veel verschil is tussen deze nieuwe reeks hoge-temperatuur fusiemachines en de tokamak, als tussen explosiemotoren en stoommachines.

Aangezien, bij vergelijking, is ITER de stoommachine van de moderne tijd

Om deze soorten machines beter te begrijpen, is het nodig om vertrouwd te raken met de elektromagnetische krachten die werken in elektrische geleiders, vervolgens in ontladingen.

Neem een "zachte" solenoïde, een eenvoudige lus waarin een stroom circuleert. Deze lus zal een veld genereren dat werkt op de draad die door de elektrische stroom loopt via de Lorentzkracht I x B

Uitbreiding van een spoel onder invloed van zijn eigen magnetische veld

Dit is typisch de proef die u mogelijk hebt gezien op school of in het Palais de la Découverte.

Als de stroom sterk genoeg is, kan dit leiden tot het barsten van de elektrische geleider. In mijn laboratorium in de jaren zestig creëerden we magnetische velden van 2 tesla (20.000 Gauss) met stromen van 50.000 ampère, afgegeven door een condensatorenbatterij. De wikkelingen waren van koperfolie. Als deze niet goed vastgezet waren (gehouden door een glasvezelomhulsel aangebracht met araldite), barstten deze solenoïden direct, verspreidend de laboratoriumruimte met puin.

Neem nu een elektrische ontlasting. U hebt waarschijnlijk al de proef gezien waarbij een elektrische ontlasting tussen twee metalen staven wordt gemaakt. Deze "stijgt" en eindigt uiteindelijk in een breuk.

We vinden het schema van de spoel van net daarvoor, met het verschil dat de stroom circuleert in metalen geleiders en in een type geïoniseerd gas, een plasma. Maar het principe is hetzelfde. Deze "spoel" probeert zich te vergroten.

Buiten het speeltje komen we op het concept van een plasmakanon (plasma rail gun). Als de ingevoerde intensiteiten groot genoeg zijn, kunnen we een plasma creëren, dat onderhevig is aan een grote Lorentzkracht, wat een grote gasstroom veroorzaakt. Deze geïoniseerde gasmassa kan vervolgens een projectiel worden. De bereikte snelheid kan supersonisch zijn en de uitstoting van deze plasma-arc wordt vergezeld door een schokgolf.

Plasmakanon (rail gun)

De fysica van plasma kan zich aanpassen aan alle mogelijke en denkbare geometrieën en binnen dergelijke apparaten kunnen tal van fenomenen optreden, meer of minder goed gekend en beheersbaar. Tot nu toe hadden we een enkele spoel overwogen. Maar we kunnen ook een aantal spoelen voorstellen die op een torus zijn geplaatst: een soort tokamak-ontwerp. Het is eenvoudig te begrijpen dat als we elektrische draad spoelen op een zachte omhulling, vergelijkbaar met een bandenwiel, gemaakt van een isolerend weefsel, het doorstromende elektrische stroom deze "opblaast". Opnieuw kan een te hoge stroom leiden tot het barsten. De magnetisatiesystemen van tokamak zijn dus onderhevig aan mechanische spanningen en moeten goed vastgezet worden.

**Systeem van solenoïdes van een tokamak (schematisch). Explosiekracht. **

Het lijkt alsof dit geheel van geleiders onderhevig is aan een "magnetische druk" met een waarde van:

B2/2mo

en waarin, in MKSA:

mo= 4 p 10-7

Zoals in het "plasma rail gun" kunnen we ons voorstellen dat in deze toroïdale vorm van de stroomlaag een deel "vrij is om te expanderen". We zouden bijvoorbeeld het schema van de pariëtale ionisator (in de vorm van een vangstplaats) krijgen.

Pariëtale ionisator

Die creëert een soort "plasma-ombrelle" die probeert ver weg van de wand te worden uitgestoten.

We gaan nu over naar het schema van de machine "FOCUS", waarvan het basisconcept teruggaat tot de jaren vijftig (dezelfde, praktisch, als alle basisconcepten van MHD. Dat is niets anders dan MHD: u weet, deze discipline die we in Frankrijk in de jaren vijftig hebben opgegeven "omdat het niet werkte" en waarvoor we nu, ten opzichte van de Amerikanen en de Russen, dertig goede jaren achterstand hebben).

FOCUS zou eruitzien als een soort "geen plasma kanon" op een as. Er is een centrale anode, omringd door een kathode. Dit is de afbeelding zoals die verschijnt in Wikipedia.

De Focus-machine

Hier is de machine, vanuit een perspectief, met uitstoting van "de ombrelle van de stroom":

De Focus-machine, met uitstoting van "de ombrelle" van plasma

Wanneer deze plasma-ombrelle uit de cilinder wordt uitgestoten, vormt zich een plasma-koord dat het kortstondig aan de anode vasthoudt:

Focus: vorming van het plasma-koord

Daar moet een tweede effect worden ingevoerd: het pincen van een plasma-koord, altijd onder invloed van zijn eigen magnetische veld). Het onderstaande schema spreekt voor zich.

Effect van pincen in een plasma-koord

De Focus-machine combineert dus de twee effecten. Onder invloed van zijn eigen magnetische veld wordt de "plasma-ombrelle" dus uitgestoten. Vervolgens, wanneer het probeert zich los te maken van de elektroden, wat uiteindelijk gebeurt, vormt zich een plasma-koord waarin een krachtig pinceneffect optreedt. Het is niet duidelijk wat er precies binnen dit koord gebeurt. Ongetwijfeld veroorzaakt deze compressie hoge temperaturen. Sommigen denken dat er in dit koord complexe geometrische instabiliteiten ontstaan, waarbij de stroom de neiging heeft om zich te veranderen in soorten vezels, opgerolde stromen, waarbinnen nieuwe pinceneffecten optreden, wat de temperatuurstijging versterkt. Op de lange termijn zouden "warmtepunten" in deze plasma- kolom verschijnen.

Geometrie (veronderstelde) van de stroom

De MHD-instabiliteiten hebben een "slechte reputatie". Ze hebben gedurende jaren de ontwikkeling van tokamaks belemmerd. Ze hebben in de late jaren zestig de industriële MHD-ontwikkeling in "twee temperaturen" doen instorten vanwege de instabiliteit van Vélikhov (het lijkt erop dat ik vrijwel bekend ben bij alle MHD-specialisten in Rusland vanwege mijn werk op dit gebied, en vooral vanwege de twee experimenten waarin ik, in 1965 en 1982, met behulp van twee verschillende methoden, deze instabiliteit kon elimineren). Deze instabiliteiten zijn zeer niet-lineaire, capricieuze fenomenen. Een instabiliteit is "niet goed of slecht". In het geval van de Focus-machine worden deze instabiliteiten gebruikt om, lokaal, zeer hoge temperatuurstijgingen te verkrijgen.

**Wat zijn de resultaten? **

Deze Focus-machines zijn ongelofelijk ruw en eenvoudig. Maar wat geven ze? Hier zijn eerst beelden van deze ontlasting, genomen met een ultrassnel camera, die dit uitzendeffect van de plasma-ombrelle tonen, vergezeld van een pincen:

De film van de gebeurtenissen moet van onder naar boven worden gelezen

Hieronder is de Focus-machine gebouwd door Fillipov (nu overleden) in de jaren zestig in het Instituut voor Hoge Temperaturen van Kurtchatov in Moskou:

Fillipov voor zijn Focus-machine, in het Instituut voor Hoge Temperaturen van Kurtchatov

Men kan Focus-machines van verschillende grootten voorstellen, de gelijksoortige parameters zijn relatief goed beheersbaar (zie het artikel in Wikipedia). De bovenstaande machine komt overeen met ongeveer honderd kiloampère met een opstijgtijd van drie microseconden. De anode is 16 cm lang en 1 cm in diameter. Zo'n machine wordt momenteel onderzocht in acht landen. Sommige groepen beweren dat ze resultaten hebben verkregen die de haalbaarheid van energie-onttrekking uit een niet-vervuilende fusiereactie Bore 11 Waterstof 1, die 4 heliumkernen en 8,7 MeV energie geeft, mogelijk maken. De reactie Li6 plus D2 (deuterium) geeft daarentegen 22,4 MeV.

U vindt dit op:

http://www.focusfusion.org/research/billion.html

De Amerikaanse Focus-machine heeft een holle anode, wat een variant is van het algemene opstel.

Amerikaanse Focus-machine, met holle anode

Deze opstelling laat de anode dienen als een scherm voor röntgenstralen die ze uitzendt wanneer de elektronen van de ontlasting deze raken. Deze röntgenstralen zijn niet degenen die de onderzoekers willen meten, maar die direct door het plasma worden uitgezonden en die de temperatuur van het plasma zouden kunnen bepalen.

Om de schaal vast te stellen, is de opstelling een voet lang.

Hoewel het concept in 1958 ontstond, wordt de geboorte van de Focus-machines in 1964 vastgesteld, waarin ze tegelijkertijd in de VS door Mather en in Rusland door Fillipov werden bedacht. In de late jaren zestig en begin jaren zeventig hebben Winston Bostick en Victorio Nardi van het Stevens Institute of Technology, Hoboken, New Jersey een theorie ontwikkeld waarin de temperatuurstijgingen zouden optreden in "warmtepunten" of "plasmoïden", verbonden met grote lokale waarden van het magnetische veld. Deze theorie heeft haar kritici. Sommigen denken dat de energie juist verspreid is binnen het plasma. In 1986 stelde Eric Lerner een kwantitatieve theorie van de DPS (Dense Plasma Focus) voor, gebaseerd op het concept van "warmtepunten". Deze onderzoeken stopten tot de jaren tachtig door tekort aan financiering.

In 1994 werden experimentele onderzoeken op kleine opstellingen opnieuw opgenomen aan de universiteit van Illinois. In 2001 werden experimenten uitgevoerd aan de universiteit A & M van Texas door Lerner. Hij rapporteert hierover in het artikel:

http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0205/0205026.pdf

Deze werk is ook besproken in:

http://www.focusfusion.org/research/billion.html

Lerner interpreteert zijn metingen door te zeggen dat de röntgenstraling die hij meet afkomstig is van het plasma van de ontlasting en niet van de impact van elektronen op de elektrode. Hij legt uit hoe hij probeerde deze tweede emissie te verbergen met een 5 cm dik loodscherm. Misschien. In dat geval zou de bereikte temperatuur daadwerkelijk meer dan een miljard graden zijn. Het is een zaak om te volgen. Over het algemeen blijven de groepen die werken aan Focus-afspraken gehinderd door tekort aan financiering en dus ook aan betrouwbare en nauwkeurige diagnostische middelen.

Deze resultaten zijn waarschijnlijk minder betrouwbaar dan die van Sandia (Z-machine), maar het leek ons interessant om deze andere aanpak te noemen. ---

17 februari 2008: Een correctie over de onbedoelde reacties gerelateerd aan de formule B11 + H1

Bor heeft 5 elektrische ladingen, waterstof heeft er één. Koolstof heeft 6 en stikstof heeft 7.

De radiatieve afkoeling van het plasma gebeurt via remstraling. De uitgezonden kracht varieert als het kwadraat van de elektrische lading. De kracht die wordt uitgezonden in röntgenstralen door een elektron dat rond een boratoom draait, is dus 25 keer hoger dan die verloren gaat bij het draaien rond een waterstofatoom (lucht of zwaar, het is de lading die telt)

B11 + H1 geeft C11 + n + 2,8 MeV

Levensduur van koolstof C11: 20 minuten. U kunt de kamer veilig openen 10 uur na het stoppen van de werking

B11 + He4 geeft N11 + n + 157 keV

Bescherming: 20 cm van B10 of 1 meter water.

Geïnduceerde radioactiviteit in de beryllium-elektrode: 5 microcurie per jaar (gegevens: Lerner's condensatie)

Volgens Lerner wordt in deze impulsfusie de MHD-instabiliteit gebruikt. Zijn beschrijving van de mechanismen is als volgt. De elektrische ontlasting "parapluum" probeert eerst condensaties van plasma te geven, vergelijkbaar met "de baleinen van hetzelfde parapluum". Vervolgens wikkelen deze vezels zich op de as om een plasma-koord te vormen. Dit koord, door de Kink-instabiliteit, configureert zich "als een opgerolde telefoonkabel". Vervolgens vormen zich in deze zelfde structuur "zelfbeheerste plasmoïden" van zeer kleine volumes, minder dan een micrometer kubieke. In deze plasmoïden heeft het magnetische veld een toroïdale topologie. Nieuw pincen volgens de as van dit plasmoïde-druppel. En dan, zegt Lerner, gebeuren de fusiereacties.

**Lerner's conferentie over de Focus-machine: **

http://video.google.com/videoplay?docid=-1518007279479871760&q=Google+tech+talks+lerner&pr=goog-sl

Zie ook de pagina http://en.wikipedia.org/wiki/Aneutronic_fusion van Wikipedia, die in het Frans moet worden vertaald. Dat zou veel duidelijkheid brengen

Terug naar Gids Terug naar Startpagina

Aantal keer dat deze pagina is bekeken sinds 1 juni 2006 :