3,7 miljard graden en iedereen geeft er niets om
2 juli 2006
Op 19 juni plaatste een lezer op het forum Agoravox een artikel met de titel:
2 miljard graden. De mensheid ontdekt het absolute vuur en iedereen geeft er niets om
!
Een artikel dat meer dan 300 reacties opleverde. Aangezien een lezer mij op het bestaan van dit forum had gewezen, heb ik er zelf aan deelgenomen. De lezer die geïnteresseerd is in wat er daar werd besproken, kan dit vinden in de archief:
http://www.agoravox.fr/article.php3?id_article=10680
Ik sta voor mijn blanco pagina en zoek naar wat ik moet schrijven, welke toon ik moet aanslaan, op welk niveau ik me moet positioneren. Het is waar dat men zich bij een dergelijke situatie een beetje overweldigd voelt door de gebeurtenissen, of beter gezegd door de... niet-gebeurtenissen in dit geval.
Voordat ik dit onderwerp opnieuw aanpak, voor wie mijn opmerkingen of artikelen op mijn website over de "Z-machine" en deze ontdekking heeft gevolgd, wil ik zeggen dat ik rond 25 juni een bezoek kreeg van een journalist. Hij vertrok met de woorden dat hij een artikel zou indienen bij zijn hoofdredacteur. De reactie was onmiddellijk en simpel:
- Ik heb dit niet gezien bij AFP of de TASS-agentschap, noch in enige andere nieuwsagentuur.
Dat is waar. Toch zijn er drie maanden verstreken sinds de verspreiding van deze nieuwsbrief zonder dat de pers in alle landen en de nieuwsagentschappen daarop hebben gereageerd. Dat is... schokkend en... ook angstaanjagend.
Ik ga dus het verhaal opnieuw vanaf het begin herhalen, voor lezers die er nu pas bij komen.
Het begon op 9 maart 2006 met een bericht op de website Futura-Science
http://www.futura-sciences.com/news-z-machine-depasse-deux-milliards-degres_8419.php
Dit artikel was in feite gebaseerd op een zeer officiële mededeling van het Sandia-laboratorium in New Mexico, Verenigde Staten. Voor wie het niet weet: Sandia is een uitgebreid complex van laboratoria dat voornamelijk werkt aan wapenprojecten van alle soorten. Om de zaak helder te maken: twee laboratoria in de VS zijn al decennia lang systematisch met elkaar in concurrentie om kernwapens (en andere) te ontwerpen:
- Sandia
- Los Alamos (hier werd de eerste atoombom ontworpen, op de "mesa")
De website van Los Alamos, New Mexico, Verenigde Staten, waar de eerste atoombom werd ontworpen
Terugkerend naar het verhaal en verder terug in de tijd vinden we deze mededeling van Sandia, van 8 maart 2006:
http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/index.html
Hier is de betreffende mededeling:
" Twee miljard graden Kelvin" betekent in het Engels "two billions degrees Kelvin"
In feite volgde deze mededeling snel op de publicatie van een indrukwekkend artikel van Malcolm Haines (Imperial College, Londen), internationaal erkend expert op het gebied van plasmafysica, samen met Deeney (verantwoordelijk voor experimenten op de Z-machine van Sandia) en vier andere onderzoekers, verschenen in het hoogwaardige tijdschrift
Physical Review Letters op 24 februari 2006.
De twee hierboven genoemde links verwijzen alleen naar media-announcements. Het sleuteldocument is het artikel zelf. Vanwege zijn belangstelling heb ik het artikel aangeschaft en beschikbaar gemaakt voor download op mijn website.
Het artikel van Malcolm Haines, Deeney en anderen, in pdf
Hier is de eerste pagina:
" Meer dan 2 x 109 Kelvin" betekent "meer dan twee miljard graden Kelvin"
Let op de datum van de eerste indiening van het artikel, 13 mei 2005.
Dit papier verwijst dus naar experimentele resultaten die vóór die datum zijn verkregen.
Precies dat is het interessante document en ik heb het grondig onderzocht. Ik heb deze analyse gemaakt voor wetenschappers (en wetenschapsjournalisten) en heb er een populair samenvattend overzicht aan voorafgegaan. De wetenschappelijk geïnteresseerde lezer kan zich hierop baseren. Maar deze pagina, dit dossier is bedoeld voor het brede publiek. Wie geen wetenschapper of "wetenschap-gericht" is, kan deze link overslaan.
Mijn analyse van het artikel van Haines en Deeney, 24 februari 2006
Voordat ik terugkeer naar algemene overwegingen over fusie (die neutronen produceert en "a-neutronisch" is), over fusie in een tokamak zoals ITER of door "inertiale beperking", onderwerp van dit dossier, waar ik probeer het zo populair mogelijk te maken, een paar woorden over wat essentieel is in het genoemde artikel.
- Sinds 1998 zijn er experimenten uitgevoerd op Sandia (en in verschillende andere landen, kernmachtig: Rusland, China, Groot-Brittannië, Frankrijk, maar niet met zulke grote middelen) om plasma te comprimeren. Het doel was, door de materie met elektromagnetische krachten te comprimeren (dit wordt later uitgelegd), deze te verwarmen en zo ervoor te zorgen dat het röntgenstraling uitstraalt.
De Z-machine en soortgelijke machines zijn oorspronkelijk niet ontworpen om fusie te bereiken. Ze waren eenvoudig krachtige bronnen van röntgenstraling, 100% militair gebruikt,
met als doel de weerstand van warheads te testen tegen een hoge flux aan röntgenstraling afkomstig van een atoombom die in de ruimte ontploft – een kern van anti-missielwapens die bedoeld zijn om gevoelige navigatie- en ontstekingsystemen van bommen te vernietigen door deze sterke straling.
Sinds 1998 lieten de experimenten op Sandia zien dat de temperatuur van de ionen anormaal hoog moest zijn. Maar die werd niet gemeten.
Wat wel werd gemeten, uit de uitstraling van röntgenstraling, was de elektronentemperatuur. De ionentemperatuur werd afgeleid.
We zullen later zien hoe. Vreemd genoeg leidden deze experimenten tot ionentemperaturen die veel hoger moesten zijn dan de elektronentemperatuur (honderd keer!). Systeem met twee temperaturen hebt u... in uw keuken. Dat zijn de... neonbuizen. De neonionen (atomen van neon die elektronen hebben verloren) zijn koud, op kamertemperatuur. U kunt uw hand erop leggen zonder te branden. De elektronen daarentegen zijn op duizenden graden (we komen daar later op terug). Bij de experimenten op Sandia kon dit alleen worden verklaard als het "ionengas" veel warmer was dan het elektronengas.
- In 2005 konden onderzoekers die werken aan de Z-machine directe metingen van deze ionentemperatuur uitvoeren,
die worden beschreven in het artikel van Haines, Deeney en anderen. Deze metingen bevestigden wat eerder was berekend. Deze temperatuur, zoals de titel aangeeft, is "meer dan twee miljard graden Kelvin". Maar als u het artikel (en mijn analyse ervan op twee niveaus) bestudeert, ziet u
dat deze temperatuur tijdens de metingen stijgt en in feite
van 2,66 miljard graden naar 3,77 miljard graden stijgt. Deze metingen zijn 100% betrouwbaar (de temperatuurmeting via het uitbreiden van lijnen door het Dopplereffect is een klassieker in de fysica en astrofysica. Artefacten kunnen worden uitgesloten).
- Bovendien vragen Haines en zijn collega's (hij is theoreet) zich af welk mechanisme deze zware verwarming van de ionen zou kunnen verklaren. Hij noemt MHD-instabiliteiten. Daar komen we later op terug.
De inhoud van de discussie liet zien dat voor de grote meerderheid van de lezers en deelnemers fusie neerkwam op het mengen van de twee isotopen van waterstof
Deuterium + Tritium, waardoor een heliumkern ontstaat plus een neutron met een energie van 14 MeV (mega-elektronvolt)
zie bijvoorbeeld het Wikipedia-dossier:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_nucl%C3%A9aire
Daarin vindt u slechts één illustratie van een fusieschema:
Schema van de fusie van de twee isotopen van waterstof, deuterium en tritium, bij honderd miljoen graden
U ziet dat het neutron de meeste energie overneemt: vier keer meer dan de geproduceerde heliumkern.
Lekers moeten nu andere fusieschema's in hun hoofd graveren.
Vanaf 500 miljoen graden
de fusie van
lithium
en
waterstof
(licht):
A-neutronische fusie: Lithium - Waterstof
Vanaf een miljard graden
de fusie van
boor
en
waterstof
(licht):
A-neutronische fusie: Boor - Waterstof
A-neutronisch omdat er geen neutronen worden uitgezonden. Deze neutronen, die met relativistische snelheid worden uitgezonden, zijn de reden waarom tokamaks (ITER is een tokamak) radioactiviteit veroorzaken door de omringende structuren "te activeren". Bovendien kunnen deze neutronen niet worden tegengehouden door magnetisch beperken. Niets houdt ze tegen, behalve fysieke obstakels. Zoals de Nobelprijswinnaar Gennes benadrukte, zullen deze neutronen uiterst agressief zijn ten opzichte van de structuur van de supergeleidende magneten die het beperken waarborgen – apparaten die een fortuin kosten en niet regelmatig kunnen worden vervangen.
De energie wordt simpelweg vervoerd door heliumkernen, gewoon helium. Waar is de radioactiviteit? Er is er geen. Waar zijn de "nucleaire afvalstoffen"? Antwoord: het helium. U zou naast een a-neutronische fusiecentrale kunnen wonen. Ofwel zou ze haar helium via schoorstenen uitstoten, in welk geval dit lichte gas omhoog zou stijgen. Ofwel zou men het opvangen om ballonnen te vullen – goedkoop. Op dit moment is helium duur. Daar kunnen we nu denken aan voertuigen in de vorm van heliumballonnen, aangedreven door zonne-energie, bijvoorbeeld. Of misschien werken deze luchtvaartuigen of voertuigen met miniaturiseerde elektrische generatoren op a-neutronische fusie.
We moeten nu antwoord geven op de vragen die lezers, terecht, zich stellen. Wat is temperatuur?
Laten we de absolute temperatuur T van een gas definiëren. Ik ben er zeker van dat dit haar
definitie
is. Een gas bestaat uit een verzameling deeltjes met massa m. Deeltjes die in alle richtingen bewegen. We noemen deze beweging thermische beweging. De lucht die u ademt bestaat uit moleculen die gemiddeld 400 meter per seconde bewegen. Dat is een gemiddelde waarde. Er zijn snellere en langzamere, maar het maakt geen grote fout als u zich allemaal met dezelfde snelheid bewegend voorstelt. Waarom scheuren deze luchtmoleculen uw longen niet kapot? Omdat het objecten van zeer kleine massa zijn. Een luchtmolecuul op volle snelheid zou een muggen geen kwaad doen. Klaar, voelt u het?
In een tokamak is de absolute temperatuur 100 miljoen graden. De waterstofkernen bewegen met bijna duizend kilometer per seconde. Het gaat hier om hun thermische bewegingssnelheid. Voor beginnende fysici, zie het kader rechts:
Alle fysici:
Definitie van absolute temperatuur in een gas:
k is een constante die de Boltzmann-constante heet en gelijk is aan
k = 1,38 10
-23 N
Laten we wat hogere fysica doen. De massa van een waterstofatoom, een proton, is:
m = 1,67 10
-27
kg
Laten we een tokamak binnenkomen. Temperatuur (zolang het werkt): 100 miljoen graden Kelvin. Inhoud
- Deuterium. Massa van de kern: 3,34 10
-27
kg
- Tritium. Massa van de kern: 5 10
-27
kg
Gelijkwaardig. Gemiddelde massa van de kernen: 4,17 10
-27
kg
Met een absolute temperatuur van 100 miljoen graden Kelvin is de gemiddelde thermische bewegingssnelheid van deze kernen:
Een fractie, machten van tien, een vierkantswortel. U hebt al meer dan de helft van de fysica binnen bereik van uw hersenen. Nu is wat zich in een tokamak bevindt een mengsel van geladen kernen en negatief geladen elektronen. Het milieu is collidende. Dat betekent dat ionen en elektronen veel energie uitwisselen. We kunnen zeggen dat de inhoud van de tokamak een mengsel van twee gassen is:
- Het gas van ionen, kernen van zwaar waterstof met een gemiddelde massa van 4,17 10
-27
kg
- Het "elektronengas", samengesteld uit deeltjes met een massa van 0,9 10-30 kg
De botsingen streven naar een thermodynamisch evenwicht. Dat betekent dat als het mengsel uit verschillende soorten bestaat, ze allemaal dezelfde temperatuur hebben. Ze hebben dezelfde absolute temperatuur: hier 100 miljoen graden. Maar wat is de elektronentemperatuur, de temperatuur van het "elektronengas"? Die wordt op dezelfde manier gedefinieerd.
De Boltzmann-constante verandert niet. Als de twee gassen die "samenspelen" in een "thermodynamisch evenwicht" zijn, dan zijn de temperaturen gelijk. Dat betekent dat de gemiddelde kinetische energieën (van thermische beweging) gelijk zijn.
Omdat elektronen lichter zijn, zijn ze sneller, maar we zijn nog lang niet relativistisch.
Een gassige omgeving op hoge temperatuur brengen betekent de thermische bewegingssnelheid van de ionen verhogen. In een lithiumplasma van 500.000°K is mijn thermische bewegingssnelheid van lithiumkernen 1.330 km/s. In een boorplasma van een miljard graden is die 1.516 km/s
Details van de berekening in het kader:
Van lithium bij 500.000°K:
Absolute temperatuur in een gas:
k is een constante die de Boltzmann-constante heet en gelijk is aan
k = 1,38 10
-23 V
Thermische bewegingssnelheid in een gas bij absolute temperatuur T:
- Massa van een lithiumkern: 7 keer de massa van een nucleon (proton en neutron), dus:
7 x
1,67 10
-27
kg = 1,17 10
-26
kg
Dit geeft ons een thermische bewegingssnelheid van:
1.330 km/s
Van boor bij een miljard °K:
Thermische bewegingssnelheid in een gas bij absolute temperatuur T:
- Massa van een lithiumkern: 11 keer de massa van een nucleon (proton en neutron), dus:
11 x
1,67 10
-27
kg = 1,83 10
-26
kg
Dit geeft ons een thermische bewegingssnelheid van:
1.516 km/s
Vindt u niet dat het nu iets duidelijker is?
Maar hoe creëer je deze thermische bewegingssnelheden? Nou, als ik erin slaag om een plasma te laten imploderen en de implosiesnelheid deze waarden bereikt, dan wordt die kinetische energie omgezet in thermische bewegingssnelheid. Dat is eenvoudig. De energie moet behouden blijven. Dat gebeurt als er niet te veel stralingsverliezen zijn tijdens het proces.
De atomen gaan tegen elkaar botsen. De botsingen zullen deze kinetische energie in alle richtingen verdelen. In ieder geval zal een implosieproces de omgeving verwarmen. Maar blijft deze temperatuur lang genoeg hoog om fusie te veroorzaken?
Wat betekent "lang genoeg"?
Goede vraag. En dat leidt ons tot nadenken over de voorwaarden waaronder fusiereacties kunnen worden gecreëerd. We gaan dus spreken over het Lawson-criterium. Dat is een groot woord voor iets wat in feite vrij eenvoudig en intuïtief is. Men zegt dat men geen omelet kan maken zonder eieren te breken. Stel u voor dat u eieren van massa m wilt breken (ik weet niet hoe zwaar een ei is, maar het maakt niet uit). Stel dat we een ruimte hebben waarin eieren rollen en tegen elkaar botsen. Voor een botsing tussen twee eieren om een breuk te veroorzaken, moet:
-
De eieren daadwerkelijk op elkaar botsen
-
Hun relatieve snelheid voldoende zijn om de schalen te breken.
Laten we M de massa van de eieren noemen. Iemand kan misschien het experiment uitvoeren (interessant, trouwens) om te bepalen welke snelheid twee eieren moeten hebben bij een botsing om een begin van omelet te krijgen. Noem deze snelheid V. Als deze snelheid een thermische bewegingssnelheid van de eieren is, kunnen we die vergelijken met een thermische bewegingssnelheid. Als de snelheid niet voldoende is, zal de schaal zelfs bij een frontale botsing blijven staan. En wie zegt "thermische bewegingssnelheid" zegt "temperatuur". Vervang de eieren door kernen en het breken van de schaal door een fusiereactie. Er zal fusie zijn als de temperatuur van de omgeving een bepaalde drempel overschrijdt. Voor een mengsel van deuterium-tritium is deze minimale temperatuur 100 miljoen graden. In feite moet het zorgen dat de kernen dicht genoeg bij elkaar kunnen komen voor de fusiereactie plaats te vinden. Wat hen ervan weerhoudt, is dat beide positief geladen zijn en elkaar dus afstoten door elektrostatische kracht.
Zoals hierboven gezien was de thermische bewegingssnelheid, dus de botsingsnelheid, geassocieerd met een temperatuur van waterstofkernen van 100 miljoen graden ongeveer 1000 km/s. Om lithium en waterstof te fuseren moet een proton met een elektrische lading en een lithiumkern met drie ladingen dicht genoeg bij elkaar komen. De benodigde arbeid is groter. We krijgen dus een hogere fusietemperatuur: 500 miljoen graden. En dat geldt a fortiori voor een boorkern (vijf eenheden lading) en een proton (gewone waterstofkern). Het blijkt dat deze temperatuur dan een miljard graden is.
Deze fusietemperaturen: 100 miljoen graden, 500 miljoen, een miljard kunnen schijnbaar surrealistisch lijken, maar de dingen lijken concreter als we redeneren in termen van thermische bewegingssnelheden:
1000 km/s 1300 km/s 1500 km/s
Het feit dat de componenten deze thermische bewegingssnelheden bereiken is een noodzakelijke, maar niet voldoende voorwaarde.
De thermische bewegingssnelheden zijn een
