Kernfusie Z-machine en schone energie

De laatste echo's van de Sphinx

door Julien Geffray

21 mei 2007

Hoe de Amerikanen een jaar lang vol gas hebben gegeven en de Fransen remmen op alle vier wielen.

Laten we even terugkijken op het afgelopen jaar: in maart 2006 werd een sensationele ontdekking aangekondigd door de Sandia-laboratoria in de Verenigde Staten: de Z-machine heeft per ongeluk 3,7 miljard graden gegenereerd (zie de oorspronkelijke persverklaring in het Engels). Een extreme temperatuur die nog nooit eerder was bereikt, honderd keer heter dan in het hart van de Zon, zeven keer hoger dan in het hart van een waterstofbom, en vier keer hoger dan de theoretische voorspellingen zonder echte verklaring. Met een dergelijke temperatuur werd een nieuwe weg geopend voor gecontroleerde kernfusie, niet alleen voor isotopen van waterstof zoals klassiek gedefinieerd in de opeenvolgende tokamak-projecten zoals ITER of lasers van het type Mégajoule, maar vooral voor iets dat volledig nieuw is: twee kernreacties die voorheen onmogelijk waren: lithium-waterstof (vereist minimaal 500 miljoen graden) en boor-waterstof (vanaf een miljard graden). Aangezien deze twee specifieke kernreacties vrijwel radioactiviteit-vrij zijn - behalve enkele verwaarloosbare parasitaire tertiaire reacties - zouden ze de sleutel bieden tot kerncentrales die zowel krachtig als volledig niet-vervuilend zijn, en die gebruikmaken van schone en op Aarde zeer overvloedige elementen als brandstof. Kortom, het energie-remedie dat onze planeet verwacht, ziek van haar galopperende vervuiling.

Gedurende het hele jaar 2006 werden de Z-machine en de mogelijkheden die werden overwogen door Jean-Pierre Petit op een volksverlakkerende manier beschreven:

• Een schijntje hoop in deze wereld van bruten
• De Z-machine van Sandia - Kernfusie zonder vervuiling noch radioactiviteit binnen handbereik!
• Analyse van het artikel van Malcom Haines gepubliceerd in Physical Review Letters
• 3,7 miljard graden en iedereen geeft er om
• Enige verduidelijkingen (FAQ)
• Open brief aan Nicolas Hulot
• Open brief aan de politici

Het bestaan van een equivalent Franse machine, weliswaar minder krachtig, werd ook belicht: de ECF van het Experimenteel Centrum van Gramat (CEG) gelegen in de Lot. ECF staat voor "Expérience de Compression de Flux" (Experiment van Fluxcompressie), maar in feite wordt de machine bijgenaamd Sphinx.

Er werden talrijke pogingen gedaan om de nationale media ertoe te bewegen dit onderwerp te behandelen en de politici erin te laten geïnteresseerd raken, zonder echt succes (een artikel in het webzine Futura-Sciences en slechts een kort bericht in Science & Vie en Sciences et Avenir). Een populair artikel dat op Internet werd gepubliceerd op het forum Agoravox had weinig succes. Er werden contacten gelegd met politici. Een wetenschapper van zeer hoog niveau, verantwoordelijk in Rusland voor kwesties met betrekking tot kernfusie, heeft zelfs ingestemd met het ondersteunen van de sensibiliseringspoging van JPP en een van zijn collega's, een "veteraan van de bommen", door een ondertekende brief te schrijven om persoonlijk te overhandigen, waarin het belang van dit onderzoek werd toegelicht en zelfs een Frans-Russische samenwerking op dit gebied werd voorgesteld! Maar aan wie moet deze brief in Frankrijk worden gegeven (er zou een wetenschappelijke verantwoordelijke dicht bij de politici nodig zijn) als niemand bereid is of kan luisteren naar een dergelijke discours?

Helaas zijn deze pogingen dode letters gebleven. Om twee redenen:

1. Deze studie van fusie door "z-pinch" of in het Frans door "magnetische insnoering" wordt, met name vanuit het oogpunt van de toegekende budgetten, gezien als concurrerend met het ITER-project, een zeer andere oplossing die in ons land is geïmplementeerd. De Franse specialisten in magnetische insnoering zijn trouwens te weinig talrijk om hun stem te laten horen, en verbitterd, zijn voor een aantal van hen vertrokken om in de VS te werken aan... de Z-machine van de Sandia-laboratoria.
2. Deze onderzoeken zijn "potentieel prolifererend". Kortom, ze kunnen leiden tot de realisatie van kernwapens van een nieuwe generatie. In dat geval zou de explosie van de H-bom niet langer worden ontstoken door een klassieke kleine A-bom, moeilijk om te produceren. In plaats van deze "lucifer": een compacte afgeleide van de Z-machine, veel eenvoudiger te ontwerpen voor elk land en vooral ontgaand aan elke controle, omdat het gebruikmaakt van "gewone" vermogenselektronica. De beroemde stap van uraniumverrijking, oorzaak van zware geopolitieke problemen maar die een relatieve controle van de proliferatie mogelijk maakt, zou in feite nutloos worden.

Het duidelijke doel van al deze commotie was om Sphinx open te stellen voor civiele onderzoekers, terwijl deze Franse Z-machine exclusief is voorbehouden voor militaire ingenieurs. In de huidige staat is zijn capaciteit van 2,5 tot 5 miljoen ampère niet in staat om de temperatuur van de Amerikaanse Z-machine te genereren, die 18 miljoen leverde. Maar een dergelijk apparaat kan relatief eenvoudig worden bijgewerkt. De Z-machine van Sandia is juist in september 2006 gedemonteerd om een renovatie te ondergaan die zijn capaciteiten met 50% verhoogt. Dit is het ZR-programma (voor "Z Refurbished") dat volledig operationeel zou moeten zijn in de zomer van 2007, met deze keer een intensiteit die is opgevoerd tot 27 miljoen ampère, nog steeds geleverd in 100 nanoseconden. We wachten op de temperaturen die hierdoor worden bereikt, die nog verder zouden moeten stijgen. En zoals we later zullen zien, de Amerikanen zullen hier niet bij blijven: ze hebben al een nieuwe techniek vastgesteld om de 60 miljoen ampère te bereiken.

Officieel wisten de Franse militairen een paar maanden geleden niet echt wat ze moesten doen. Aan de ene kant lijken deze onderzoeken zeer veelbelovend, maar het CEG heeft niet echt onderzoekers die dit nieuwe terrein op een fundamenteel niveau kunnen verkennen. Aan de andere kant wil de DGA deze onderzoeken volledig controleren om eventueel het geheim van defensie erop te zetten, als er iets belangrijks uit voortkomt. Dit is ook een angst die je kunt hebben ten aanzien van de Sandia-laboratoria, die in werkelijkheid worden beheerd door het ministerie van defensie en het Amerikaanse leger (de fondsen komen van de NNSA, de National Nuclear Security Administration)... en dat is juist het hele belang van het voeren van andere onafhankelijke onderzoeken elders. Dilemma: hoe open je het Militaire Centrum van Gramat voor burgers?

Het antwoord, deprimerend voor sommigen of een eenvoudige, voorspelbare constatering voor anderen, is net gegeven door de journalist Matthieu Quiret in de editie van 16 mei 2007 van de economische krant Les Échos, online toegankelijk op het adres:

http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576329.htm

en waarvan we hier de inhoud reproduceren (het interessante deel is in rood):

**

* *****

**** **

**

Les Échos

van 16 mei 2007

Competenties

KERNENERGIE

De Franse Z-machine negeert energie

Kleine « Sphinx ».

Midden in Quercy, in het Studiecentrum van Gramat (CEG), exploiteert de DGA al een paar jaar een kleine Franse Z-machine (2,5 miljoen ampère), genaamd « Sphinx ». Net als haar grote Amerikaanse zuster dient ze vooral om de weerstand van kernkoppen te testen.

In tegenstelling tot haar, zal ze geen civiele experimenten kennen. Een paar jaar geleden hadden de onderzoekers van Gramat echter hun militaire toezichthouder gevraagd om hun studies te diversifiëren, zonder succes.

Geïnterviewd door « Les Echos »,

zeer « schuchter » CEG verzekert vandaag dat het geen energieproject heeft.

Deze investeringsschuchtheid beunruhigt de specialisten van insnoering.

De Franse competenties in deze vermogenselektronica zijn bedreigd,

verzekert een van hen.

In Groot-Brittannië werkt een equivalente machine, de Magpie van het Imperial College (1,4 miljoen ampère), actief aan magnetische insnoering, met name met Amerikaanse fondsen. Niet krachtig genoeg om de nucleaire doelstellingen van de Z-machine te bereiken, wordt ze door de Amerikanen gebruikt om hun onderzoek naar insnoering zelf aan te vullen. De Russen zouden ook op het punt staan dit onderzoeksterrein te investeren.

Daar hebben we nu minstens duidelijkheid. Ondanks de competenties die Frankrijk heeft en de hulp geboden door de Russen, heeft het leger besloten: er zal geen Franse civiele onderzoek naar kernfusie door magnetische insnoering zijn.

Ondertussen, waar staan de Amerikanen en waar gaan ze naartoe? In hetzelfde nummer van de krant Les Échos, als een tegenstrijdigheid met de vermelding van de blokkering van alle Franse onderzoek op dit gebied, wordt gecontroleerde kernfusie van waterstof dankzij de Z-machine uitgebreid volksverlakkerend beschreven in een tweede artikel getiteld "Kernenergie: de Amerikaanse Z-machine daagt ITER uit" dat u kunt lezen op het adres:

http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576219.htm

We reproduceren hier de illustratie van dit artikel:

**Hoe de Amerikaanse Z-machine de isotopen van waterstof fusioneert
(deuterium-deuterium-reactie die neutrons van gemiddelde energie genereert op 2,45 MeV)

Dit is de indirecte, al oude techniek van de "hohlraum", de "X-ray oven" die een capsule comprimeert en verwarmt die isotopen van waterstof bevat tot fusie, dankzij een speciale schuim en een kooi van draden van wolfram. Het experiment is voor het eerst gelukt op 7 april 2003 op de Z-machine (persverklaring). De directe aanval zonder gebruik van de hohlraum-techniek, door ultra-hoge temperatuur, van schone kernreacties omdat ze bijna geen neutronen uitstoten (lithium-waterstof of boor-waterstof) dankzij de recente techniek van de kooi van draden van roestvrij staal (3,7 miljard graden eind 2005) wordt nog niet vermeld. Maar het idee van fusie door magnetische insnoering begint zijn weg te vinden in de Franse media.

Tot nu toe (1996-2006) was de Z-machine van de Sandia-laboratoria dit:

De Z-machine gezien in doorsnede. Merk op de grootte van het bassin in bruin en de lengte van de waterlijnen in blauw.

Spanwijdte: 33 meter. En wanneer de stroom wordt geschakeld, dit zijn de elektrische bogen die zich voortplanten op het oppervlak van het enorme isolerende bassin van olie en water:

De kortsluitstroom op het oppervlak van de Z-machine, tussen opgedoken metalen delen

"Waterlijnen" maken het mogelijk om de vermogen geleverd op het doel te verhogen door de initiële elektrische impuls (van de orde van enkele microseconden) geleverd door de perifere Marx-generatoren in de tijd te comprimeren, zodat de finale impuls geleverd op de dradenkooi in het centrum slechts 100 nanoseconden duurt.

Vraag: hoe verhoog je het vermogen? Meerdere mogelijkheden:

Een eerste antwoord wordt mechanisch gegeven met ZR in 2007: men behoudt dezelfde methode maar verbetert de constitutieve elementen. Bijvoorbeeld er zijn nog steeds 36 Marx-generatoren van dezelfde grootte als de oude maar met condensatoren die twee keer meer energie opslaan. De gemeenschappelijke lasertrigger van 4 joule voor de 36 schakelaars wordt vervangen door 36 individuele lasertriggers. De transmissielijnen met waterisolatie zijn verticaal en tri-plateau (voorheen horizontale bi-plateau), minder omvangrijk en genereren minder bubbels, etc.

Niets zou verbieden om "al deze elementen te stapelen". Door de hoogte van het bassin te verdubbelen, zou een "dubbele ZR" mechanisch 54 miljoen ampère geven.

De Franse specialist Mathias Bavay, geëmigreerd naar de VS bij Sandia omdat hij de gevraagde kredieten in Frankrijk bij Gramat niet had gekregen, had zich een Z-machine voorgesteld die in staat was om meteen 60 miljoen ampère te leveren in 100 nanoseconden, dankzij een slimme zelfcompressie van magnetische flux gebruikmakend van twee coaxiale liners, zonder explosief (voor details zie de volksverlakkerende uitleg van zijn thesis).

Jean-Pierre Petit heeft van zijn kant voorgesteld om de omvangrijke ensemble "Marx-generatoren + geleidende lijnen + bassin" te vervangen door een generator met explosief fluxcompressie, een ultra-compact apparaat dat 100 miljoen ampère genereert, uitgevonden door Andreï Sakharov in de jaren 50 (generator MK-2) of een meer geavanceerde variant (zoals de schijf-generator DEMG, sneller). De Russen zijn inderdaad meesters geworden in de kunst van "hoge pulserende vermogens". Lees hierover de pagina De basisprincipes van Russische MHD-machines.

De tekening hieronder is slechts schematisch. Het is een eenvoudige "experiment voor een universiteits- of Grandes Écoles-laboratorium", met als doel een eerste benadering van deze kwesties te realiseren. De generator van Sakharov, met zijn solenoïde, kan zeer hoge elektrische intensiteiten geven, maar de ontlaadtijd is te lang. Om een ultra-snelle explosief-generator te ontdekken, zie de Russische DEMG, ongelooflijk slim (zie midden van deze pagina).

Schematische montage die een koppeling tussen een Z-machine en een Sakharov-generator suggereert
Rechts: de MHD-inductiegenerator, een eenvoudige solenoïde rond het doel. Onder: de ultra-snelle niet-schakelaar, aangedreven door explosief

Maar een andere veelbelovende weg voor kernfusie door magnetische insnoering binnen een Z-machine lijkt nu in de Verenigde Staten te worden ontworpen, met de steun van de Russen: de LTD-generator (Linear Transformer Driver) waarvan de zeer snelle vooruitgang in april 2007 met grote pompeus werd aangekondigd door de Sandia-laboratoria. Lees hierover:

De Z-machine versterkt met LTD --- ---