Machines MHD
Deze machines die ons zullen redden of vernietigen
11 juni 2006
Ik wil u een verhaal vertellen dat zich onder onze ogen afspeelt. Iets is net geboren, heeft zijn eerste kreet geslaakt in de ingewanden van de Z-machine van Sandia, een laboratorium in New Mexico. Het kind gilde in mei 2005. Het kwam plotseling uit het niets tevoorschijn.
Het is al half eeuw geleden dat mensen achter het mirakel van fusie aan zitten. Terwijl de demon van fission relatief eenvoudig te temmen was; in de jaren veertig, toen de eerste atoombom explodeerde in Alamogordo, Verenigde Staten
De explosie van de eerste atoombom in Alamogordo
kwam het tweede kind van de mens, het Prometheus-kind, pas als kind van het eerste. Zodra de mens wist dat hij de fantastische energie kon vrijkomen die zich in de materie zelf verborg, overwoog hij om reacties van fusie in plaats van fission te gebruiken.
Aanvankelijk waren de "atoomisten", de "nucleaire fysici", zoals ze later werden genoemd, gewoon chemici (zoals de ontdekker van het atoom, de Nieuw-Zeelandse Ernest Rutherford). Voor een chemicus is fission niets anders dan een dissociatie-reaktie, sterk exotherm, die een proces van autocatalyse betreft. Uraan-235 wil zich graag splitsen in stukken van vergelijkbare massa's, terwijl het tegelijkertijd enkele neutronen vrijlaat. Deze neutronen, die de nabijgelegen kernen raken, veroorzaken het vuur van de "kettingreactie", mits de hoeveelheid atomen voldoende groot is om deze neutronen in botsing te laten gaan met een ander U-235-kern. In plaats van kritische massa zou men beter kritisch volume moeten spreken. Zie
http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/energetiquement_votre.htm
Na het uitbuiten van de onstabiele U-235, die in natuurlijke uranium-238 voorkomt (0,7%), ontdekte men nog een ander "isotoop" van dit element, het plutonium-239, een element dat in de natuur niet voorkwam, maar kon worden gemaakt door uranium-238 te bestralen met een "snel neutron" dat vrijkwam bij de fission van U-235. Plutonium is ook "fissiel", heeft een "kritische massa" en is geschikt voor bommen. Deze tweede bom werd "geexperimenteerd" in Nagasaki, Japan.
Met het oog van een chemicus leek fusie veel meer op gewone chemische reacties die we kenden. Aan de linkerkant de "reactieproducten". Aan de rechterkant het resultaat van de betreffende reactie. Schema:
A gecombineerd met B levert C plus energie
De fusiereactie die zich op de laagste temperatuur afspelt, is die waarbij twee isotopen van waterstof betrokken zijn: deuterium en tritium (die samen het zogenaamde zwaar water vormen), de tweede heeft het nadeel van onstabiel te zijn, "radioactief" (leefduur: 12 jaar). Deze temperatuur is honderd miljoen graden. De Amerikanen probeerden deze reactie te activeren door gebruik te maken van röntgenstralen die ontstonden bij de explosie van een fissionsbom, door simpelweg een mengsel van deuterium-tritium "naast" een "A-bom", een fissionsbom te plaatsen. Deze proef kreeg de naam "Greenhouse", de "serre". Waterstof had het nadeel dat het in gecondenseerde vorm, vloeibaar, moest voorkomen, dat wil zeggen bij zeer lage temperaturen. Met een uitgebreid bijstelsysteem voor cryogenie was deze eerste "H-bom" daarom niet operationeel.
Er was een tweede reactie die het gebruik van een vast explosief mogelijk maakte: lithiumhydride LiH. Maar de temperatuur die moest worden bereikt was vijf keer hoger: 500 miljoen graden in plaats van honderd. In Rusland had de jonge Andrei Sakharov de idee om de (kleine) fissionsbom in het midden van een ellipsoïde te plaatsen die de vorm had van een uitgerekte eier, met een holle schil die fungeerde als reflector voor röntgenstralen. Al jaren wisten al de opticiens dit. Door een stralingsbron in het eerste brandpunt van deze ellipsvormige reflecterende oppervlakte te plaatsen, concentreert deze straling op het tweede brandpunt. Het was dus voldoende om de eindpunt van een lithiumhydride-lading te plaatsen die de vorm had van een "sukkerbrood".
&&&
Sakharov-Teller-Ulam- montage
In de Verenigde Staten hadden twee jonge Joodse onderzoekers, de eerste van Oekraïense afkomst, Stanislaw Ulam:
Stanislaw Ulam
de tweede van Hongaarse afkomst, Edward Teller, op hetzelfde moment deze idee die de Anglo-Saxons "technically sweet" noemden.
Edward Teller in 1958, die diende als model voor de figuur van "Dr. Strangelove" en die de H-bom "my baby" (mijn baby) noemde
(wees maar even op de vreemde humor van sommige wetenschappers die boeken schreven over de geboorte van dergelijke apparaten, een van hen, Antoine Schwerer, gaf zijn eigen boek de titel "Aan mijn bom" uitgegeven in 1990 (120 pagina's)
Antoine Schwerer: "Aan mijn bom" ....
De Amerikanen kozen eerst de "waterstofbom" te testen, die werkte bij 100 miljoen graden, met een mengsel van deuterium-tritium. Maar, tot ieders verbazing, deden de Sovjet-Unie deze stap over en brachten ze de eerste "droge bom" in werking, waarvan de lading in vaste vorm was: lithiumhydride. Een bom die dus direct operationeel was. Deze plotselinge vooruitgang van de "Oostblok" kracht gaf het startsein voor een ongekende wapenwedloop.
Op dit punt moet de lezer zich het "mysterieuze mengsel" Lithium6 + Hydrogen1 voor ogen houden, dat twee kern van Helium4 en .. geen neutronen produceert. Deze "H-bom" is dus "niet vervuilend". Helaas, als mensen ooit de gevolgen ervan te verwerken krijgen, zullen ze waarschijnlijk weinig tijd hebben om van dit effect te profiteren. Als de "H-bommen" zo "vervuilend" zijn, is dat vooral te danken aan de fissionslading die als ontstekingsmiddel dient en aan "de activering" van de reflector in "verarmd uranium", bestaande uit uranium-238. Dit neemt een neutron op dat vrijkomt bij de fusiereactie en verandert in plutonium-239 dat op zijn beurt fissionert. Zo ontstaat het meest afschuwelijke wapen dat ooit uit de verbeelding van de mens is geboren, de bom "FFF" (fissie - fusie - fissie), de rijkste in radioactieve neerslag.
Terwijl de militairen hun bommen ontwikkelden, probeerden de burgers een mengsel van deuterium-tritium in toroïdale kamers, de "tokamaks", uitgevonden door de Rus Artsimovitch ( erg creatief, deze Russen, beslist ... ).
De meeste lezers kennen nu het schema van dergelijke machines waarbij het gasmengsel, op zeer hoge temperatuur gebracht, "magnetisch gevangen" wordt, dat wil zeggen in het midden van een wikkel die de vorm heeft van een torus (of tegenwoordig meer precies de vorm van de letter "D", die om een as draait). Deze idee ligt aan de basis van deze ingenieurskathedraal die de naam draagt: ITER.
De machine ITER
Op de afbeelding hierboven is te zien, in doorsnede, deze gesloten, draaiende kamer, omringd door alle bijbehorende apparatuur. Deze machine zal op de Franse locatie Cadarache opvolgen van een vergelijkbare machine, "Tore-Supra", die vijfentwintig jaar eerder was opgestart:
Tore supra
Binnenkant van Tore-supra
Deze eerste Franse machine, waarvan de bouw vijfentwintig jaar geleden begon, hield haar beloften niet. Op de afbeelding hierboven is echter duidelijk zichtbaar de vele gadgets waarmee men probeert de plasma op zeer hoge temperatuur te brengen en die verschillende manieren zijn om energie in deze torusvormige kamer te injecteren (microgolven, "neutrale stralen", etc.). Het eerste tastbare resultaat werd uiteindelijk behaald op een Engelse machine in Culham, de "JET" (Joint European Torus).
De Engelse machine JET, 12 meter hoog
Het volume van het gevangen plasma ligt tussen de 80 en 100 kubieke meter. In 1997 werkte de Culham-tokamak gedurende ... een seconde.
Het interieur van de JET
Dit resultaat, als "zeer verheffend" beschouwd, bracht wetenschappers en ingenieurs ertoe om te "over te gaan naar het volgende stadium" door het project ITER voor te stellen, van nog grotere omvang.
Waarom deze race naar de gigantisme?
Zo'n plasma koelt stralend af. De externe oppervlakte is stralend, daar vindt de warmteverlies plaats. Deze stijgt dus met het oppervlak van het plasma, het kwadraat van de karakteristieke afmeting van de machine, zeg, van haar diameter, terwijl de hoeveelheid energie die in ditzelfde plasma zit, varieert als het volume, dat wil zeggen als het kubieke van de diameter. Als zo'n machine neiging heeft om stralend af te koelen, dan zal het vergroten van de afmetingen dit effect minimaliseren.
Tot slot ... alles is relatief. De JET werkte gedurende een heel korte seconde, en stopte toen als een oude ketel, simpelweg door deze stralende afkoeling. Maar waarom neemt dit fenomeen zo snel de overhand op de energie die vrijkomt door de fusie zelf? Omdat het wandgeconfinement, toevertrouwd aan het magnetisch veld, slechts onvolledig is. Snelle deeltjes kunnen door de "gaten in dit net" komen en de vaste wanden van de machine raken. Hierdoor trekken ze kernen uit deze vaste omhulling, waaronder metaalkernen, die zich direct in het fusieplasma verenigen. Daar interageren deze kernen met vrije elektronen via Bremstrahlung, "remstraling". Ze dwingen de lichte elektronen om hun baan te verlaten en laten hen straling uitstralen. Het "elektronengas" koelt af. Hierdoor koelt het mengsel van deuterium-tritium ook af. Zodra de temperatuur onder de dodelijke honderd miljoen graden daalt, stopt de machine en dooft ze uit, simpelweg. Dit fenomeen is des te hinderlijker omdat deze stralende afkoeling als het kwadraat van de elektrische lading van de zware ionen die uit de wand zijn losgekomen, varieert.
De JET stoptte op deze manier, na een seconde werking. ITER zal hetzelfde doen. Het is ontworpen voor een werking van vijf minuten, maar alles wijst erop dat deze niet meer dan een tiental seconden zal duren. Momenteel bestaat er geen operationeel systeem dat dit fenomeen van verontreiniging van het fusieplasma en de stralende afkoeling van de "ketel" kan voorkomen. De in de pers genoemde oplossingen staan alleen in het conditioneel. Deze technische schema's zijn in ieder geval niet binnen bereik van een gewone lezer. Het discours kan worden samengevat als:
- Mensen hebben energie nodig. De kernenergie levert dat, mits de productie van radioactieve afvalstoffen, die erg hinderlijk zijn, wordt erkend. Fusie is de toekomst. Maar de weg zal lang zijn. ITER zal pas binnen een twintig jaar volledig werken, en dan ....
En dan? Zullen we gratis verbranden? Zullen we dan al het middel hebben gevonden om het monster van zijn aangeboren tekortkomingen te genezen? Zal de temperatuur zich in de tijd die is voorzien, behouden of zullen we dan horen dat "om te werken had het nodig geweest om een machine te bouwen die nog groter was", met een nieuw beroep op de portemonnee van de belastingbetaler. En wat met de bijbehorende structuren die worden aangestoken door een krachtige bombardement van neutronen met een energie van 14 Mega-elektronvolt? Hoe kunnen we voorspellen wat de mechanische weerstand van de enorme supergeleidende magneten zal zijn, waarvan de Nobelprijswinnaar Gilles de Gennes de kwetsbaarheid had aangewezen, ten opzichte van dit onverwachte bombardement? Wat zou er gebeuren als deze mechanische weerstand plotseling verstoord raakt, waardoor het object een fantastische explosief wordt, in staat om een aanzienlijke hoeveelheid radioactief tritium in de natuur te verspreiden.
U zult deze vragen nergens tegenkomen, gewoon omdat ITER niet is ontworpen om ... lang te werken, lang genoeg om zijn supergeleidende magnetisatiesysteem niet te laten verslechteren. Wanneer we dan naar "super-ITER" gaan, over 25 jaar, is het nog altijd tijd om ons zorgen te maken over dit ... nieuwe probleem.
Zoals doctor Pangloss zou zeggen, wat is de voldoende reden voor zulke farao-ontwikkelingen? We houden ons vast aan deze projecten omdat de energiebehoeften van de planeet onverzadigbaar lijken. Hun groei blijkt verbluffend, exponentieel. De olie raakt op. Sommige landen, zoals de Verenigde Staten, hebben grote voorraden in ... steenkool, maar die heeft dan de blauwe band van vervuiling. Na Charybde, Scylla.
De "alternatieve oplossingen" lijken niet voldoende, zoals wind, zon, getijdenenergie, geothermische energie. De "opbrengst van investeringen" lijken niet voldoende in verhouding tot de behoeften van de mens. Dus de kernenergie "lijkt het minste kwaad". Dit is de positie van Claude Allègre, onze voormalige minister, een moderne Pangloss van technologie, die beweert dat "alles goed is in de beste mogelijke kernenergie".
"Decroissance" is een oplossing voor rijke landen. Het is niet door op koolzaad te rijden, ons te verlichten met 25 watt lampen, te fietsen en ons badwater te verwarmen met zonnepanelen, en onze wc's uit te rusten met dubbele vulsystemen dat we de wereldwijde behoeften kunnen bereiken. Het begint met een goed doel, maar van welke kant je het ook bekijkt, het is onvoldoende, een droom voor rijke kinderen.
De situatie lijkt zo kritiek geworden dat veel landen overwegen over te stappen op kernenergie (situatie die de trots van zoveel Franse verantwoordelijken is). De race naar fusie via machines zoals ITER onthult de omvang van de onrust. Het is zo diep dat men zelfs filialen overweegt waarvan men niet weet wanneer ze winstgevend zullen zijn en of ze ooit zullen zijn. Maar, tot de lente van 2005 was het antwoord altijd:
*- Hebt u iets anders te bieden? *
**Kernenergie, anders. De niet-vervuilende fusie, vrij van radioactiviteit. **
De volledige kernenergie is een verschrikkelijke perspectief. Het betekent het begraven van duizenden tonnen gevaarlijke radioactieve producten met een levensduur .. oneindig in de schaal van onze korte menselijke bestaan. Sinds de ongelukken van Three Mile Island en Tsjernobyl weten we dat kernreactoren gevaarlijk zijn, dat ze grote gebieden kunnen vervuilen waar kinderen met vormingsstoornissen zullen worden geboren, waar grote groepen mensen kanker zullen ontwikkelen. Waar vinden we deze magische energiebron, die de natuur ons in overvloed zou geven en die ons milieu niet zou vervuilen, onze bestaan niet zou bedreigen?
Wat opmerkelijk is, deze oplossingen bestaan al sinds een halve eeuw. De eerste daarvan is precies diegene die de uitgangspunt vormt van wat men "de waterstofbom" noemt: de lithium-hydrogen-richting. Laten we de fusiereactie herhalen:
Lithium7 + Hydrogen1 ----> twee kern van Helium4 en .. geen neutronen
Enige nadeel: het moet een temperatuur van 500 miljoen graden zijn, vijf keer hoger dan de temperatuur die we in Culham's tokamak gedurende een seconde hebben bereikt. Er is ook een andere:
Bore11 + Hydrogen1 ----> drie kern van Helium4 en .. geen neutronen
Deze keer moet het mengsel worden opgeheven tot een schitterende temperatuur van *een miljard graden Kelvin, een miljard graden! *. Tweemaal de temperatuur die heerst in een waterstofbom die net is aangestoken, vijftig keer de temperatuur die heerst ... in het centrum van de zon.
Ja, veel lezers weten dit niet, sterren hebben geen temperatuurrecord. Waarom? Gewoon omdat als de temperatuur van de zon de honderd miljoen graden zou bereiken, of zelfs hoger, zou het geen rustige ketel meer zijn, een soort kookpot, maar een ... bom. Zeer hoge temperaturen vinden we in het heelal in de "supernova's" die sterren zijn die explodeerden. Na een relatief rustige werking, met temperaturen vrijwel gelijk aan die hierboven genoemd, storten ze plotseling (in enkele dagen!) in brandstof. Ze storten dan in zichzelf, als een gebakken brood, op zichzelf. Meer precies op hun "asche", in dit geval een ijzerkern waarvan de atomen, door fusiereacties gevormd, gewoon naar beneden zijn gezakt door zwaartekracht.
De ster stort in zichzelf met een snelheid van honderden duizenden kilometers per seconde. Deze kinetische energie verandert plotseling in temperatuur en deze enorme energie produceert de zware elementen van het Mendeleev-tabel, de atomen waarvan wij, jij, ik, het lood van mijn potlood, het uranium van de reactor die momenteel de elektriciteit levert die mijn computer aandrijft, gemaakt zijn.
Het heelal heeft ook andere zeer exothermische bronnen: quasars. In dit geval wordt een massa waterstof, onstabiel, opgepakt in het centrum van een melkweg. De kinetische energie die deze atomen hebben verkregen, verandert in warmte en deze massa verandert dan in een fantastische waterstofbom, groter dan het zonnestelsel, die een kort moment evenveel energie uitstraalt als de hele melkweg. Door het opvouwen van het galactische magnetische veld verandert dit systeem in een gigantische deeltjesversneller die dan kernen met relativistische snelheden uitzendt, in twee tegenovergestelde stralen, verbonden met dit "magnetisch dipool" dat zo is gevormd.
Behalve uitzonderlijke fenomenen is de temperatuur die in de kern van onze waterstofbommen (500 miljoen graden) de hoogste die in het hele ... zonnestelsel heerst en zelfs op een paar lichtjaren afstand. We kunnen daar een legitieme trots op voelen.
In mei 2005 werd dit record plotseling verbroken, op een volledig onverwachte, verbazingwekkende manier. We moeten dit pad volgen dat leidt tot een ontdekking die ik zo belangrijk beschouw als ... die van vuur, gegeven de gevolgen die het onvermijdelijk zal hebben.
Kort samengevat. Wat is een tokamak, wat is de machine van Culham, wat is ITER?
Ze zijn ketels, die werken in continuïteit, met alle nadeelen die dit kan hebben.
*ITER is de stoommachine van de derde eeuw. *
Hoe werkt een stoommachine?
Neem het voorbeeld van een locomotief. Er is aanvankelijk een warmtebron, in dit geval kool. Deze brandt door zich te combineren met zuurstof uit de lucht. Dan heb je een wisselaar, bestaande uit een groot netwerk van buizen waarin stoom circuleert in een gesloten circuit. De verbrandingsgassen verwarmen deze stoom en vormen de "warmtebron" van dit systeem. Temperatuur betekent druk. Deze stoom wordt naar cilinders gestuurd waar ze "werken", leveren energie, hier mechanisch. Als deze stoommachine gekoppeld is aan een generator, produceert deze dan elektriciteit.
In moderne thermische centrales brandt men olie of kool (beide zijn hydrocarburen, afkomstig van de economie die de wereldplanten voor ons hebben opgebouwd gedurende honderden duizenden jaren). Men heeft het systeem van zuigers verlaten en is overgegaan op de gas-turbine, die een betere rendement heeft. U zult merken dat men precies dezelfde weg is gevolgd in de luchtvaart, waar onze moderne "turbines" zijn ontworpen op basis van de turbine. Men heeft het oude systeem van zuigers verlaten, die helikopters aandrijven. Maar dan, wat drijven deze turbines van onze Airbus's? Vliegtuigvleugels, met betere rendement, die "stroomvleugels" worden genoemd. De volgende keer dat u een vliegtuig neemt, kijk dan naar deze geavanceerde propulsoren.
ITER is niets anders dan een thermische centrale van een andere soort. Energiebron: fusie, met nadeelen, afval, activering van structuren, risico's, problemen van alle soorten, kosten. Opnieuw een wisselaar die ... stoom levert die een gas-turbine aandrijft, die op zijn beurt gekoppeld is aan een generator. Afgezien van de energiebron is het technologie van het einde van de industriële revolutie.
Waarom zijn onze auto's niet direct ontworpen vanaf stoommachines? U zult merken dat het eerste automobiel dat bestond, de fardier van Cugnot, een stoommachine was.
**De fardier van Cugnot ( 2 km/u in 1771 ) **
Een fardier is een voertuig met lage wielen, bedoeld om zware lasten te dragen. Het doel was al militair ( alweer! ), de idee van Cugnot was het transport van kanonnen te waarborgen. Als u de avatars van deze ontdekking leest, zult u tegelijkertijd, zonder slechte bedoelingen, de toekomst van ITER kennen, door eenvoudige transpositie.
De eerste luchtvaart ter wereld is in principe gebaseerd op een apparaat dat door de Fransman Clément Ader is uitgevonden, "l'Eole", en dat momenteel zichtbaar is in het Conservatoire des Arts et Métiers in Parijs.
**l'Eole van Clément Ader ( 1890 ) **
Ader liet zich inspireren door de vleugels van een vleermuis. In het midden van het lichaam is het punt waar de piloot zat, op de vloer van het apparaat en die de machine bediende door de twee propellers te activeren, die zijn uitvinder direct "vliegtuig" noemde (de term komt van daar). Een van de apparaten die Ader bouwde, zou zich op een hoogte van 20 centimeter hebben verheven over een afstand van vijftig meter. Deze onderzoeken werden gefinancierd door de militairen ( nogmaals! ). Het feit dat deze resultaten, geclassificeerd als "verdedigingsgeheim", pas in 1990, een eeuw later (wanneer de archieven van Satory in het publieke domein kwamen), openbaar werden gemaakt, maakte het moeilijk voor de Fransen om een prioriteit te claimen ten opzichte van de prestatie van de broers Wright, betreffende de eerste vlucht van een luchtvaartuig dat zwaarder is dan lucht.
Duidelijk, onze auto's werken niet op stoom. Er moet een voldoende reden zijn voor deze evolutie. Wat is er gebeurd?
De explosiemotor heeft eenvoudigweg de motor verdrongen waarvan "het thermogeneratiesysteem continu werkte". Het woord "explosie" is eigenlijk onjuist, tenzij men een zeer snelle verbranding als explosie beschouwt. In "explosiemotoren" probeert men juist te voorkomen dat "detonatiewellen" ontstaan door de benzine te mengen met "antidetonatie"stoffen.
In deze motoren met zeer snelle verbranding wordt de brandstof, gemengd met lucht, zo snel mogelijk geïnjecteerd en op een relatief hoge temperatuur, die alleen bereikt wordt aan het eind van de compressie. Een koelingsmantel en waterkoeling zorgen ervoor dat het geheel een voldoende lage temperatuur behoudt om een goede mechanische houdbaarheid te behouden. In benzinemotoren wordt de verbranding geïnitieerd door een vonk die wordt geleverd door een kaars. In dieselmotoren is de temperatuur aan het eind van de compressie voldoende om het brandstof-lucht mengsel zelf te laten ontbranden.
Het mengsel verbrandt. Zijn temperatuur en druk stijgen. Dit duwt een zuiger, zet een vliegwiel in beweging en levert energie, of het nu gaat om het aandrijven van een voertuig of de productie van elektriciteit (een generator). Een deel van de energie wordt opgeslagen in een vliegwiel en dient om de volgende compressie te waarborgen. We krijgen het schema:
*- Invoer van het brandstofmengsel (diesel) en oxidant (lucht), dat wil zeggen het "reactief mengsel" - compressie - expansie en energieproductie - tijdelijk extra tijd om de verbrandingsproducten te verwijderen, altijd met de energie opgeslagen in het vliegwiel. *
Wat bezighouden wetenschappers die zich interesseren in "impulsfusie" (in tegenstelling tot continu fusie, zoals in machines zoals ITER)?
*Op "twee tijden (of vier tijden) met fusie". *
Principe :
*1 - Invoer van het reactief mengsel 2 - Compressie (elektromagnetisch, de energie wordt geleverd door een systeem dat elektrische energie kan opslaan) 3 - Fusie, met energie-ontwikkeling 4 - Expansie van de reactieproducten, door eenvoudige temperatuur- en druktoename 5 - Energiegebruik met behulp van een MHD-generateur met inductie 6 - Tot slot herinitialisatie van het systeem, wat betekent dat een deel van de opgewekte elektrische energie opgeslagen wordt, de reactieproducten worden verwijderd en het exotherme mengsel wordt opnieuw geplaatst. *
In dit schema waren al veel elementen lang geleden onder controle. Precies sinds de jaren vijftig. Bijvoorbeeld fase 5. Wat is een "MHD-generateur met inductie"? Het is een eenvoudige wikkeling waarin een magnetisch veld B heerst. De fusie produceert een plasma met zeer hoge temperatuur. 100 miljoen graden als de machine werkt met een mengsel van deuterium-tritium (isotopen van waterstof, waarvan er één radioactief is, met een halfwaardetijd van 12 jaar en het nadeel dat het neutronen van 14 MeV produceert, wat de structuur activeert). 500 miljoen graden als men werkt met het mengsel Lithium-Hydrogen (licht). Een miljard graden als men werkt met het mengsel Bore-Hydrogen (licht).
Tot de lente van 2005 leken deze laatste twee temperaturen in het domein van de fictie te liggen, of om te zeggen met de favoriete uitdrukking van een luchtvaartjournalist, van "technologische waanzin".
In alle drie de gevallen wordt een heliumplasma gecreëerd, waarvan de kernen elektrisch geladen zijn. Dit plasma is volledig geïoniseerd. Met een "woord" zeggen we dat dit plasma werkt met een "zeer hoog magnetisch Reynolds-getal".
In de Tokamak is het ook zo. In dat geval was het magnetische veld ontworpen, ontworpen om succesvol te kunnen tegengaan de uitbreiding, de diffusie van het plasma door zijn eigen druk. Hier is het magnetische veld "de verliezer" en "verliest terrein". Het fusieplasma kan zich uitrekken en afkoelen, zodat aan het einde van deze expansie het helium zich zal ontladen. De "compressie van het magnetische veld" is synoniem met de stroom in de solenoïde en onder deze vorm zal de elektrische energie worden geïdentificeerd die wordt gegenereerd door de machine. Men kan de restwarmte, een minimale bijdrage, gebruiken met een "thermische machine". Op het einde kan men het reactieproduct gebruiken om ballonnen te vullen, die het voordeel hebben dat ze niet brandbaar zijn. Het helium, dat voor de ontwikkeling van deze techniek een zeer duur product was (voornamelijk geproduceerd in de VS uit gesteente), zou dan een groot aantal technologische toepassingen vinden. Het is een licht gas. Gecomprimeerd, kan het een niet-explosieve energiereservoir vormen voor een motor. Met een hoge thermische geleidbaarheid zou het veel technologische, zelfs huishoudelijke toepassingen vinden. Het helium heeft de voordelen van waterstof, zonder de gevaarlijkheid ervan.
In een Tokamak gedraagt het magnetische veld zich als "een onzichtbare kamer die het plasma in de gaten houdt". In een inductiegenerateur speelt ditzelfde magnetische veld de rol van een "onzichtbare zuiger", het geheel vormt een elektrische generator die wisselstroom levert, zonder bewegende delen, met een uitstekend rendement (90%).
Dit is slechts een sensibiliseringsartikel, en ik ga niet in op de technische details, wat me zou dwingen om een inleiding te geven in de plasmafysica en de MHD (discipline die in Frankrijk al 30 jaar is verlaten, zoals iedereen weet, zodat wanneer diegenen die de taak hebben om die terug op de rails te zetten naar Rusland gaan, een van de hoogtepunten van de MHD op internationaal niveau "ze weten niet welke vragen te stellen").
In een industriële installatie denkt men direct aan condensatoren als opslag van energie. Dit is het systeem dat de basis vormt van de Z-machine van Sandia.
De Z - machine van Sandia, Nieuw-Mexico
Diameter: 33 meter. Werkt als een "elektromagnetische compressor". Detail: deze machine was oorspronkelijk niet bedoeld als energiegenerator, noch als machine waarin men de zeer hoge temperaturen zou zoeken die leiden tot een "inertiële fusie", kort na de compressie. Deze machine had een enkel militair doel. Het was ontworpen als een generator van zeer krachtige röntgenstralen.
Waarom? Omdat anti-missielwapens voornamelijk atoombommen zijn die in de hoge atmosfeer worden ontploft, op de balistische baan van de nucleaire koppen van "de aanvaller". Bij het ontploffen spugen deze bommen 80% van hun energie in de vorm van röntgenstralen. Men hoopt dat deze stralen krachtig genoeg zijn om de richtings- en ontstekingsystemen van de koppen te beschadigen. Aan de andere kant probeert men om koppen te maken die "verhard" zijn, met een bescherming die hen in staat stelt om dit intense röntgenstralingsveld te weerstaan. De eisen van de mensen van Sandia waren dus als volgt:
*- Maak ons een zo krachtig mogelijk röntgenstralenbron, die uitstraalt in een ruimte groot genoeg om apparatuur, inclusief volledige kernkoppen, er dichtbij te plaatsen, zodat hun weerstand tegen anti-missielwapens kan worden beoordeeld. *
Hoe maak je röntgenstralen? Historisch gezien laadt men een kathode op om elektronen uit te zenden die vervolgens versneld worden tot een snelheid waardoor ze, bij het raken van een anode, atomen in een geëxciteerde toestand brengen die dan dit soort straling uitzenden. Maar dergelijke systemen zouden onvoldoende vermogen leveren om deze straling te gebruiken voor het testen van kernkoppen. De mensen van Sandia overwogen daarom om metalen elementen te comprimeren, zodat de bereikte temperatuur ervoor zorgt dat ze fungeren als röntgenstralenbron.
De eerste proeven zijn bevredigend. De machine zendt stralen uit die de militairen tevredenstellen. In 1998 wordt een temperatuur van 1,6 miljoen graden bereikt. Zie:
http://www.sandia.gov/media/z290.htm
Uitgegeven door het communicatiebureau van Sandia, 1998: 1,6 miljoen graden!
Als u het artikel leest, zult u merken dat de auteurs benadrukken dat er een grote hoeveelheid straling wordt uitgezonden in het röntgenbereik. Bovendien stijgt de temperatuur van de doelwit tot 2,2 miljoen graden, maar gemiddeld ligt het rond de 1,6 miljoen kelvin. Er wordt een beetje gesproken over fusie, maar zonder er echt in te geloven. Eigenlijk is dit niet de eerste keer dat onderzoekers proberen om hoge temperaturen te bereiken door een cirkelvormig doelwit tot imploderen te brengen. Traditioneel gebruikt men een cilindrisch stuk metaal, een zogenaamde "liner". Ik heb vandaag niet de tijd om uitgebreid in te gaan op deze aanpak waarbij de Russen een vooraanstaande rol speelden, gevolgd door het team van Fowler in Los Alamos. Tot nu toe gebruikten zij echter een continue liner. Het doel was om een zeer hoge stroomsterkte door dit dunne cilindertje te laten lopen, eerst in de miljoenen amperes, later in de tientallen miljoenen amperes (20 miljoen amperes in de Z-machine). Deze stroomplaat creëert een magnetisch veld dat op het materiaal zelf reageert via een systeem van radiale, naar binnen gerichte krachten, waardoor het materiaal naar zijn as wordt getrokken. Maar deze stroomplaat is instabiel. Gevolg: de cilinder imploseert niet op zijn as, maar... willekeurig. Vaak op een punt op 1 cm van die as! (afmetingen van Russische liners: 6 cm diameter, 1 cm hoogte).
Bij Sandia vervangen de onderzoekers de cilinder door een netwerk van zeer dunne draden die natuurlijk tijdens de operatie zullen verdampen en uiteindelijk een "plasma-voorhang" vormen. Maar de oorspronkelijke structuur zorgt voor een betere asymmetrie, dus een betere focus. De hoofdverantwoordelijke van het project, Deeney, droomt ervan dat zijn machine op een dag temperaturen zal bereiken die vergelijkbaar zijn met die in tokamaks, vlak onder de honderd miljoen graden.
En dan komt de grote verrassing, het onverwachte. In mei 2005 verloopt de implodering van de draadliner zo goed dat de temperatuur aan het eind van de compressie de... twee miljard graden overschrijdt! Een temperatuur die nooit eerder was bereikt, zelfs niet in de krachtigste thermonucleaire wapens. Wat is er veranderd? Deeney heeft de diameter van de liner iets vergroot: 8 cm in plaats van vijf. Bovendien zijn de honderden dunne wolframdraden vervangen door roestvrij staal.
Hier is de aankondigingspagina, afkomstig van het Sandia-laboratorium zelf en daterend van 8 maart 2006, waarin het feit wordt aangekondigd:
We controleren, herhalen de proef honderden keren, met metingen. Het resultaat blijkt echt te zijn. Het gaat niet om een artefact of meetfout. De sensoren zijn talrijk en nauwkeurig. Bovendien blijkt de totale energie die in de vorm van röntgenstralen wordt uitgezonden vier keer groter te zijn dan de kinetische energie die tijdens de honderd nanoseconden van de implodering aan de staven werd toegevoegd. Malcolm Haines, directeur van het Engelse laboratorium voor plasmafysica in Cambridge, ontvangt het resultaat zonder enige censuur. De geleidelijke stijging van de temperatuur in de Z-machine had ervoor gezorgd dat niemand ooit aan een defensiegeheim had gedacht bij de resultaten. Het is tenslotte maar een gewone machine om röntgenstralen te produceren voor het testen van raketkappen, nietwaar?
Haines, een sympathieke wetenschapper uit het team, die ik al sinds 1976 ken, schrijft een artikel dat hij stuurt naar Physical Review Letters, dat het publiceert op 24 februari 2006.
De tijdschrift publiceert het artikel zonder enige twijfel. Nou ja, in het Engels schrijft men "million" op dezelfde manier als in het Frans, en "billion" verkrijgt men door het m te vervangen door een b.
Enkele internetpagina’s vermelden deze vreemde nieuwsbrief:
Er is zojuist in laboratorium de hoogste temperatuur ooit bereikt gerealiseerd
Science et Vie en Science et Avenir herhalen dit nieuws op vijf regels, zonder er commentaar op te geven. Sinds drie maanden niets in de wereld van de wetenschap, niets in Pour la Science (die slechts een Franse versie is van Scientific American, die ook niet lijkt te reageren op zo’n doorbraak). Niets in de Recherche. Het is een algemene radiozwijgen.
Er zijn meerdere redenen voor deze afwezigheid van reactie.
- Veel mensen begrijpen niet de betekenis van dit buitengewone resultaat - De implicaties zijn zeer ongemakkelijk voor de "nucleaire elite" (project Mégajoule en Iter). Ze ondermijnen volledig de dominante projecten. En dezezelfde nucleaire elite houdt de media-wetenschap in handen. - De militaire implicaties worden pas achteraf door de projectleiders besef. Niemand had het idee om het resultaat onder een defensiegeheim te plaatsen. Maar het is te laat, "het katje is uit de zak", zoals de anglo-saxen zeggen.
Voor mij, net als voor de specialisten – Frans of buitenlandse – met wie ik contact heb gehad, is het duidelijk dat fusie aan het einde van de weg ligt. Het volstaat bijvoorbeeld om een naald van lithiumhydride in het midden van de "vogelkooi" te plaatsen, of een dunne staafje van geconcentreerd deutérium-tritium (dat al lang bekend is) om zware experimenten te kunnen uitvoeren met een aanzienlijke uitstoot van heliumkernen, die eenvoudig te detecteren zijn.
Voor de mensheid is dit de onuitputtelijke energiebron, onvervuilde, niet-radioactieve energie, de machine die binnen enkele jaren de hele organisatie en politiek van onze planeet kan veranderen (…)
Voor militairen is het de H-bom en de neutronbom, toegankelijk voor de armste landen, de oncontroleerbare verspreiding van thermonucleaire wapens (...). Een machine zoals die van Sandia kost ongeveer het honderdste deel van een tokamak als ITER.
De basisprincipes van MHD-machines
Terug naar Gids Terug naar startpagina
Aantal bezoeken aan deze pagina sinds 15 juni 2006: