Drie miljard en een half graden en iedereen maakt het niet uit...

Drieënhalf miljard graden en iedereen maakt zich er niet druk om...

3,7 miljard graden en iedereen maakt zich er niet druk om

2 juli 2006

Op 19 juni jl. had een lezer op het Agoravox-forum een artikel geplaatst met de titel:

2 miljard graden. De mensheid ontdekt het absolute vuur en iedereen maakt zich er niet druk om!

Een artikel dat meer dan 300 reacties heeft opgeroepen. Omdat een lezer mij op de bestaand van dit forum had gewezen, heb ik eraan deelgenomen. De lezer die geïnteresseerd is in wat er is gezegd, kan dit vinden in het 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 moet positioneren. Het is waar dat je je bij een dergelijke situatie een beetje overweldigd voelt door de gebeurtenissen, of meer precies door de... niet-gebeurtenissen in dit geval.

Voordat ik dit onderwerp weer oppak, wil ik voor degenen die hebben gevolgd wat ik op mijn site heb gezegd of geschreven over de "Z-machine" en deze ontdekking, zeggen dat ik rond 25 juni bezoek heb gehad van een journalist. Hij vertrok met de mededeling dat hij een artikel zou indienen bij zijn hoofdredacteur. De reactie was onmiddellijk en simpel:

- Ik heb dit niet gezien bij AFP of het TASS-agentur, noch bij geen enkel persbureau.

Dat klopt. Toch zijn er drie maanden verstreken sinds de verspreiding van dit nieuws zonder dat de pers, in alle landen, en de persbureaus hebben gereageerd. Het is ... verbijsterend en ... het maakt ook bang.

Ik zal dus het draadje van dit verhaal helemaal opnieuw oppakken, voor de lezers die net binnenkomen.

Alles begon op 9 maart 2006 met een nieuwsbericht op de site 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 aankondiging afkomstig van de site van de Sandia Laboratoria, gelegen in New Mexico, Verenigde Staten. Voor wie het niet weet: Sandia is een uitgebreid complex van laboratoria dat grotendeels werkt aan projecten voor wapens van alle soorten. Ter verduidelijking: twee laboratoria in de VS worden al decennia lang systematisch met elkaar in concurrentie gebracht voor het ontwerpen van nucleaire wapens (en andere):

Sandia
Los Alamos (Daar is de eerste atoombom ontworpen, op de "mesa")

De site van Los Alamos, New Mexico, Verenigde Staten, waar de eerste atoombom is ontworpen

Als we het draadje van het verhaal weer oppakken en terug in de tijd gaan, vinden we deze aankondiging van de Sandia-laboratoria, gedateerd 8 maart 2006:

http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/index.html

Hier is de betreffende aankondiging:

"Two billions degrees Kelvin" betekent in het Engels "twee miljard graden absoluut"

In feite volgt deze aankondiging kort op de publicatie van een sensationeel artikel ondertekend door Malcolm Haines (Imperial College, Londen), een internationaal bekende specialist in plasmafysica, van Deeney (verantwoordelijke voor de experimenten op de Z-machine van Sandia) en vier andere onderzoekers, gepubliceerd in het hoogstaande tijdschrift Physical Review Letters op 24 februari 2006. De twee hierboven genoemde links verwijzen alleen naar mediakondigingen. Het sleuteldocument is het genoemde artikel. Gezien het belang heb ik het, na aankoop, downloadbaar gemaakt op mijn site.

Het artikel van Malcolm Haines, Deeney en anderen, in pdf

Hier is de eerste pagina:

"Over 2 x 109 Kelvin" betekent "boven de twee miljard graden Kelvin"

Let op de datum van de eerste indiening van het artikel, 13 mei 2005. Dit document verwijst dus naar experimentele resultaten die vóór deze datum zijn verkregen.

Dit is, in feite, het interessante document en ik heb het onder de loep genomen. Ik heb deze analyse gemaakt voor wetenschappers (en wetenschapsjournalisten) en heb deze vooraf laten gaan door een populair-wetenschappelijke samenvatting. De wetenschappelijke of "wetenschap-georiënteerde" lezer kan verwijzen naar deze analyse. Maar deze pagina, dit dossier, is bedoeld voor het breedste publiek. Degenen die geen wetenschapper of "wetenschap-georiënteerd" zijn, kunnen deze link overslaan.

Mijn analyse van het papier van Haines en Deeney, 24 februari 2006

Voordat ik terugkom op algemeenheden over fusie (neutronen genererend en "a-neutronisch"), op fusie in een tokamak zoals ITER of door "inertial confinement", etc., het onderwerp van dit dossier, dat ik zo populair-wetenschappelijk mogelijk zal proberen te maken, een paar woorden over wat essentieel is in het genoemde papier.

Sinds 1998 zijn er experimenten met het samenpersen van plasma uitgevoerd in Sandia (en in verschillende andere landen, nucleair: Rusland, China, Engeland, Frankrijk, maar niet met zo grote middelen). Het doel was, door het samenpersen van materie met elektromagnetische krachten (hierop zal later worden teruggekomen), deze op te warmen en ervoor te zorgen dat ze röntgenstraling zou uitzenden. De Z-machine en alle machines van dit type waren oorspronkelijk niet ontworpen om fusie na te streven. Het waren simpelweg krachtige bronnen van röntgenstraling, 100% militair gebruik, waarbij het doel was om de weerstand van kernkoppen tegen de sterke stroom röntgenstraling te testen, afkomstig van een atoombom die explodeert in de ruimte, een bom die het sleutelonderdeel is van anti-raketwapens, waarvan het doel is om door deze sterke bestraling de delicate geleidings- en ontstekingsystemen van bommen te vernietigen. Sinds 1998 toonden de experimenten in Sandia aan dat de temperatuur van de ionen abnormaal hoog moest zijn. Maar men mat deze niet. Wat men mat, op basis van de emissie van röntgenstraling, was de elektronentemperatuur. De ionentemperatuur werd afgeleid. Hoe, zal later worden uitgelegd. Vreemd genoeg leidden deze experimenten tot ionentemperaturen die veel hoger moesten zijn dan de elektronentemperatuur (honderd keer!). "Bitemperatuur"-systemen heb je ... in je keuken. Dat zijn de ... neonbuizen. De neonionen (neonatomen die elektronen hebben verloren) zijn koud, op kamertemperatuur. Je kunt je hand op de buis leggen zonder je te verbranden. Maar de elektronen zijn op duizenden graden (hierop zal later worden teruggekomen). In de experimenten van Sandia konden de zaken alleen verklaard worden als het "ionengas" veel heter was dan het elektronengas.
In 2005 konden de onderzoekers die aan de Z-machine werkten, directe metingen van deze ionentemperatuur uitvoeren, die worden beschreven in het papier van Haines, Deeney en anderen. Deze bevestigden wat eerder was berekend. Deze temperatuur, zoals de titel aangeeft, is "boven de 2 miljard graden Kelvin". Maar als je je verdiept in het papier (en in de analyse die ik ervan heb gemaakt, op twee niveaus), zie je dat deze temperatuur tijdens de metingen stijgt en in feite van 2,66 miljard graden naar 3,77 miljard graden gaat. Deze metingen zijn 100% betrouwbaar (temperatuurmeting door meting van de lijnverbreding door het Doppler-effect is een klassieker in de fysica en met name de astrofysica. Artefacten zijn uitgesloten).
Secundair vragen Haines en zijn collega's (hij is theoreticus) zich af over het mechanisme dat een dergelijke verwarming van de ionen zou verzekeren. Hij roept MHD-instabiliteiten aan. We zullen dit later ook allemaal oppakken.

De inhoud van de debatten heeft aangetoond dat voor de overgrote meerderheid van de lezers en deelnemers fusie zich beperkte tot dit mengsel van de twee isotopen van waterstof

Deuterium + Tritium gevend een Helium plus een neutron, vertegenwoordigend een energie van 14 Mev (mega-elektronvolt)

Zie bijvoorbeeld het dossier van Wikipedia:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_nucl%C3%A9aire

Hierin zal je slechts één enkele illustratie van een fusieschema vinden:

Schema van fusie van de twee isotopen van waterstof, deuterium en tritium, op honderd miljoen graden

Je ziet dat het neutron de meeste energie meeneemt: vier keer meer dan de geproduceerde heliumkern.

De lezers zullen voortaan andere fusieschema's moeten memoriseren.

Vanaf 500 miljoen graden, die van lithium en waterstof (licht):

"A-neutronische" fusie Lithium - Waterstof

Vanaf een miljard graden, die van boor en waterstof (licht):

"A-neutronische" fusie Boor - Waterstof

A-neutronisch omdat geen neutronen. Deze neutronen, uitgezonden met een relativistische snelheid, zijn de reden waarom de tokamaks (ITER is een tokamak) die deze fusie veroorzaken, radioactiviteit genereren door de omringende structuren te "activeren". Deze neutronen kunnen bovendien niet worden gestopt door "magnetische opsluiting". Niets houdt ze tegen, behalve fysieke obstakels. Zoals Nobelprijswinnaar de Gennes benadrukte, zullen ze uiterst agressief blijken te zijn ten opzichte van de structuur van de supergeleidende magneet die de opsluiting verzekert, die een fortuin kost en niet periodiek kan worden vervangen.

De energie wordt simpelweg vervoerd door heliumkernen, gewoon helium. Waar is de radioactiviteit? Er is geen. Waar zijn de "nucleaire afvalstoffen"? Antwoord: helium. Je zou naast een a-neutronische fusiecentrale kunnen wonen. Ofwel zou ze haar helium via schoorstenen afvoeren, in welk geval het gas zou opstijgen. Het is licht, helium. Ofwel zou men het terugwinnen om ballonnen mee op te blazen, goedkoop. Op dit moment is helium duur. Hier zou men voertuigen in de vorm van heliumgevulde ballonnen kunnen voorstellen, aangedreven door zonne-energie, bijvoorbeeld. Tenzij deze luchtvaartuigen, of deze voertuigen, werken met geminiaturiseerde a-neutronische fusie-elektriciteitsgeneratoren.

Nu moeten we antwoorden op de vragen die de lezers zich terecht stellen. Wat is temperatuur?

We zullen de absolute temperatuur T van een gas definiëren. Ik wijs erop dat dit de definitie is. Een gas is een verzameling deeltjes met een massa m. Deeltjes die in alle richtingen bewegen. We noemen deze beweging thermische agitatie. De lucht die je ademt, bestaat uit moleculen die gemiddeld met 400 meter per seconde bewegen. Dit is een gemiddelde waarde. Er zijn snellere en tragere, maar je maakt geen grote fout door je ze allemaal voor te stellen met dezelfde snelheid. Waarom scheuren deze luchtmoleculen je longblaasjes niet open? Omdat het objecten zijn met een zeer kleine massa. Een luchtmolecuul op volle snelheid zou een vlieg geen pijn doen. Snap je het nu?

In een tokamak is de absolute temperatuur 100 miljoen graden. De waterstofkernen bewegen met bijna duizend kilometer per seconde. Dit is hun snelheid van thermische agitatie. Voor beginnende fysici, zie kader hiernaast:

Alle fysici

Definitie van de absolute temperatuur in een gas:

k is een constante die we de constante van Boltzmann noemen en die gelijk is aan

k = 1,38 10

We gaan hoge fysica doen. De massa van een waterstofatoom, van een proton, is:

m = 1,67 10

kilo

Laten we een tokamak binnen gaan. Temperatuur (zolang het werkt): 100 miljoen graden absoluut. Inhoud

Deuterium. Massa van de kern: 3,34 10

kilo

Tritium. Massa van de kern: 5 10

kilo

Halve-halve. Gemiddelde massa van de kernen. 4,17 10

kilo

Bij een absolute temperatuur van honderd miljoen graden Kelvin is de gemiddelde snelheid van thermische agitatie van deze kernen:

Een breuk, machten van tien, een vierkantswortel. Je hebt al meer dan de helft van de fysica binnen bereik van je neuronen. Nu is wat zich in een tokamak bevindt een mengsel van kernen met een positieve lading en elektronen, met een negatieve lading. Het medium is collisioneel. Dit betekent dat de ionen, de elektronen veel energie met elkaar uitwisselen. We kunnen zeggen dat de inhoud van de tokamak een mengsel is van twee gassen:

Het ionengas, van zware waterstofkernen met een gemiddelde massa van 4,17 10

kilo

Het "elektronengas", bestaande uit deeltjes met een massa van 0,9 10-30 kilo

De botsingen streven naar het vestigen van een thermodynamisch evenwichtstoestand. Dit betekent dat als het medium een mengsel is van verschillende soorten, ze allemaal dezelfde temperatuur hebben. Ze hebben dezelfde absolute temperatuur: hier honderd miljoen graden. Maar wat is de elektronentemperatuur, de temperatuur van het "elektronengas"? We definiëren deze op dezelfde manier.

De constante van Boltzmann verandert niet. Als de twee gassen die "samenleven" in een staat van "thermodynamisch evenwicht" zijn, dan zijn de temperaturen gelijk. Dit betekent dat de gemiddelde kinetische energieën (van thermische agitatie) gelijk zijn.

Omdat de elektronen lichter zijn, zijn ze sneller, maar we zijn nog niet relativistisch, verre van dat.

Alle fysici

efinitie van de absolute temperatuur in een gas:

k is een constante die we de constante van Boltzmann noemen en die gelijk is aan

k = 1,38 10

-23

e gaan hoge fysica doen. De massa van een waterstofatoom, van een proton, is:

m = 1,67 10

-27

kilo

Laten we een tokamak binnen gaan. Temperatuur (zolang het werkt): 100 miljoen graden absoluut. Inhoud

Deuterium. Massa van de kern: 3,34 10

-27

kilo

Tritium. Massa van de kern: 5 10

-27

kilo

Halve-halve. Gemiddelde massa van de kernen. 4,17 10

-27

kilo

Bij een absolute temperatuur van honderd miljoen graden Kelvin is de gemiddelde snelheid van thermische agitatie van deze kernen:

Het ionengas, van zware waterstofkernen met een gemiddelde massa van 4,17 10

-27

kilo

Het "elektronengas", bestaande uit deeltjes met een massa van 0,9 10-30 kilo

Omdat de elektronen lichter zijn, zijn ze sneller, maar we zijn nog niet relativistisch, verre van dat.

Een gasvormig medium op hoge temperatuur brengen, betekent de snelheid van thermische agitatie van de ionen verhogen. In een lithiumplasma bij 500.000°K is de snelheid van thermische agitatie van de lithiumkernen 1.330 km/s. In een boorplasma bij een miljard graden is deze 1.516 km/s

Detail van de berekening in het kader:

Lithium bij 500.000°K

mperatuur absoluut in een gas:

k is een constante die we de constante van Boltzmann noemen en die gelijk is aan

k = 1,38 10

snelheid van thermische agitatie in een gas bij een absolute temperatuur T:

Massa van een lithiumkern: 7 keer de massa van het nucleon (proton en neutron), dus:

1,67 10

kilo = 1,17 10

kilo

Dit geeft ons een snelheid van thermische agitatie van:

1.330 km/s

Boor bij een miljard °K

snelheid van thermische agitatie in een gas bij een absolute temperatuur T:

Massa van een lithiumkern: 11 keer de massa van het nucleon (proton en neutron), dus:

1,67 10

kilo = 1,83 10

kilo

Dit geeft ons een snelheid van thermische agitatie van:

1.516 km/s

Vind je niet dat we er nu wat helderder in zien?

Lithium bij 500.000°K

emperatuur absoluut in een gas:

k is een constante die we de constante van Boltzmann noemen en die gelijk is aan

k = 1,38 10

-23

nelheid van thermische agitatie in een gas bij een absolute temperatuur T:

Massa van een lithiumkern: 7 keer de massa van het nucleon (proton en neutron), dus:

1,67 10

-27

kilo = 1,17 10

-26

kilo

Dit geeft ons een snelheid van thermische agitatie van:

1.330 km/s

Boor bij een miljard °K

nelheid van thermische agitatie in een gas bij een absolute temperatuur T:

Massa van een lithiumkern: 11 keer de massa van het nucleon (proton en neutron), dus:

1,67 10

-27

kilo = 1,83 10

-26

kilo

Dit geeft ons een snelheid van thermische agitatie van:

1.516 km/s

Vind je niet dat we er nu wat helderder in zien?

Maar hoe creëer je deze snelheden van thermische agitatie? Wel, als ik erin zou slagen een plasma te laten imploderen en de implosiesnelheid deze waarden zou bereiken, zou deze kinetische energie zich omzetten in snelheid van thermische agitatie. Het is heel simpel. De energie moet immers behouden blijven. Dit zal gebeuren als er niet te veel radiatieve verliezen zijn tijdens het proces.

De atomen zullen op elkaar botsen. De botsingen zullen deze kinetische energie in alle richtingen herverdelen. Hoe dan ook, een implosieproces zal het medium opwarmen. Maar zal deze temperatuur lang genoeg aanhouden om fusie te laten plaatsvinden?

Wat betekent "lang genoeg"?

Goede vraag. En dit leidt ons ertoe na te denken over de omstandigheden waaronder fusiereacties kunnen worden gecreëerd. We gaan dus praten over het criterium van Lawson. Het is een groot woord voor iets dat al met al vrij simpel en intuïtief is. Men zegt dat je geen omelet kunt maken zonder eieren te breken. Stel je voor dat je eieren wilt breken met massa m (ik weet niet hoeveel een ei weegt, maar dat doet er niet toe). Laten we aannemen dat we een ruimte hebben waar eieren rollen en tegen elkaar botsen. Om een botsing tussen twee van deze eieren een breuk te laten veroorzaken, moet:

Dat deze eieren daadwerkelijk op elkaar botsen
Dat hun relatieve snelheid voldoende is om de breuk van de schalen te veroorzaken.

Laat M de massa van de eieren zijn. Iemand zal misschien het experiment (overigens interessant) doen om te bepalen welke snelheid twee eieren moeten hebben die botsen om een begin van een omelet te krijgen. Laten we deze snelheid V noemen. Als deze snelheid een agitatiesnelheid van de eieren is, kunnen we deze assimileren aan een snelheid van thermische agitatie. Als de snelheid niet voldoende is, zal de schaal weerstand bieden, zelfs bij een frontale botsing. Maar wie snelheid van thermische agitatie zegt, zegt temperatuur. Vervang de eieren door kernen en het breken van de schaal door een fusiereactie. Er zal fusie zijn als de temperatuur van het medium een bepaalde drempel overschrijdt. Voor een mengsel van deuterium en tritium is deze minimale temperatuur 100 miljoen graden. In feite, om fusie van deuterium en tritium te laten plaatsvinden, moeten deze kernen dicht genoeg bij elkaar kunnen komen zodat "de fusiereactie" kan plaatsvinden. Wat hen verhindert dicht bij elkaar te komen, is het feit dat ze, beide dragers van een positieve lading, elkaar afstoten door de elektrostatistische kracht.

We hebben hierboven gezien dat deze snelheid van thermische agitatie, dus van botsing, geassocieerd met een temperatuur van waterstofkernen van 100 miljoen graden, bijna 1000 km/s was. Om lithium en waterstof te laten fuseren, moet je een proton dat een elektrische lading draagt en een lithiumkern die er drie heeft, dicht bij elkaar brengen. Het te verrichten werk is groter. We zullen dus een hogere fusietemperatuur hebben: 500 miljoen graden. En dit zal des te meer het geval zijn met een boorkern (5 eenheidsladingen) en een proton (kern van gewoon waterstof). Het blijkt dat deze temperatuur dan een miljard graden is.

Deze fusietemperaturen: 100 miljoen graden, 500 miljoen, een miljard kunnen surrealistisch lijken, maar de zaken lijken tastbaarder als we redeneren in termen van snelheden van thermische agitatie:

1000 km/s 1300 km/s 1500 km/s

Het feit dat de componenten deze agitatiesnelheden bereiken, is een noodzakelijke maar niet voldoende voorwaarde.

De agitatiesnelheden zijn een

Drie miljard en een half graden en iedereen maakt het niet uit...

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

Mots-clés