Dysertacja Mathiasa Bavaya na temat francuskiej maszyny Z

Praca doktorska Mathias Bavaya o francuskim urządzeniu Z

Francuskie urządzenie Z

Praca doktorska Mathias Bavaya

materiały umieszczone online 17 czerwca 2006 r.

Pracę można znaleźć, bardzo dobrze dokumentowaną, pod adresem:

http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html

Tytuł:

Skompresowanie strumienia magnetycznego w trybie sub-mikrosekundowym w celu osiągnięcia wysokich ciśnień i promieniowania rentgenowskiego

obroniona 8 lipca 2002 roku w CEG (Centrum Wojskowe Badawcze w Gramat, Lot).

Generator Gramat (patrz zdjęcia powyżej) umożliwia dostarczanie impulsów prądu o wartości 2,5 miliona amperów, trwających 800 nanosekund.


Elektryczny generator ECF Gramat

Powiększony obraz pokazuje średnicę instalacji, około 20 metrów (w porównaniu do trzydziestu trzech metrów dla urządzenia Z Sandia).

Powiększony obraz

Centralna część instalacji ECF Gramat

Montaż zaprojektowany przez Bavaya, przetestowany w Gramat i na generatorze Sandia, jest bardzo oryginalny. Rosjanie wynaleźli systemy kompresji strumienia, w których wybuch chemiczny wywiera ciśnienie na „obudowę” zbudowaną z przewodzącego prąd materiału, miedzi lub aluminium. Ta obudowa imploduje, kompresując pole magnetyczne, które wcześniej zostało wytworzone w jej wnętrzu za pomocą wyładowania elektrycznego w cewce solenoidalnej za pomocą baterii kondensatorów. Koncepcja przedstawiona w pracy doktorskiej Bavaya polega na wykorzystaniu obudowy z drutów jako „pistonu” oraz zastąpieniu zewnętrznej, chemicznej siły nacisku, używanej w kompresorach magnetycznych, przez „ciśnienie magnetyczne”. W tym podejściu pojawiają się dwie idee:

*- Użycie lekkiej obudowy o mniejszej bezwładności – zapewnienie, by cała energia została przekazana tej obudowie, ponieważ „gaz magnetyczny” ma „zerową bezwładność”. *

W ten sposób otrzymujemy kompresor dwustopniowy z ... dwiema obudowami, jedną dużą i jedną małą. To w zasadzie to, co można uzyskać z działu plazmoidowego Sakharowa, gdyby ten dział został... zamknięty!

Zmodyfikowany dział plazmoidowy Sakharowa

Ponownie przedstawiamy schemat początkowy. Wyładowanie elektryczne tworzy pole magnetyczne w „łupcie” A. Następnie wybuch jest wywołany z lewej strony, powodując rozszerzenie „obudowy” miedzianej.

Czubek miedziany zamyka łup, uwięzając pole magnetyczne, które „skompresowane” próbuje wypchnąć pierścień aluminium do przestrzeni pomiędzy „dowiem” miedzianym a środkową obudową napełnioną wybuchem. Jednak w nowym montażu zapobiegamy wypchnięciu tego pierścienia, który uderza z dużą prędkością w zamknięty koniec „dowia”, wywołując silne ciśnienie. Oczywiście, między pierścieniem miedzianym a zamykaczem po prawej stronie, o kolorze szarym, panuje próżnia. Pierścień aluminium pełni rolę drugiej „obudowy”, ponieważ podczas przejścia ulega parowaniu i przekształca się w plazmę. Środkowa obudowa również ulega przekształceniu plastycznemu.

Wróćmy do pracy doktorskiej Bavaya. Zauważymy elementy montażu przedstawionego powyżej, choć zbudowane inaczej. Jak wspomniano, obie obudowy są „z drutów” i przekształcą się w plazmę. Przed zamknięciem komory A musi zostać wytworzona pewna wartość ciśnienia magnetycznego. Pozostaje zastąpić element napędowy – gaz powstały z wybuchu – ciśnieniem magnetycznym. Otrzymujemy wtedy następującą konstrukcję:

Montaż pracy doktorskiej Mathias Bavaya

Aby lepiej zrozumieć, warto być może połączyć dwa etapy przedstawione na jednym obrazie. Oto najpierw montaż Bavaya w stanie początkowym:

Montaż Mathias Bavaya w stanie początkowym

Widoczne są dwa wyładowania elektryczne: jedno oznaczone fioletowo – „wyładowanie główne” i drugie oznaczone czerwono – „wyładowanie wtórne”. Te dwa wyładowania tworzą pole magnetyczne w dwóch współosiowych jamach toroidalnych. Zauważamy „obudowę” cylindryczną, która faktycznie składa się z pierwszego zestawu drutów. W pracy doktorskiej Bavaya dowiadujemy się, że gdy druty są przepuszczane przez silny prąd elektryczny, nie przekształcają się natychmiast w plazmę metaliczną. Na odwrót, mają dość długą żywotność, która może osiągać 80% czasu, jaki zajmuje „zawieszenie drutów” do przesunięcia się promieniowo w kierunku osi. To właśnie stanowi tajemnicę utrzymania osiowej symetrii w eksperymencie Sandia. Gdy ten obiekt imploduje, nie jest to ani zbiór drutów ułożonych obok siebie, ani „zawieszenie plazmy”, ale „mieszanka obu”. To zostało teoretycznie opisane przez Malcoma Hainesa, który nazwał to „powstawaniem powłoki”:

Powstawanie „powłoki”

Na górze druty kilka chwil po rozpoczęciu wyładowania. Zaczynają się sublimować na powierzchni. Solidne druty otoczone są powłoką plazmy metalicznej. W pracy doktorskiej Bavaya czytamy, że druty utrzymują „zimny rdzeń”, który pozostaje twardy. Sublimują się na obrzeżach, emitując plazmę z atomów metalicznych, która się rozszerza. Gdy cylindry plazmy się łączą, powstaje „korona”. Bavay pisze, że korona powstaje, gdy upływa 80% czasu implodowania. Oznacza to, że przez cały ten czas prąd płynie indywidualnie przez druty. Jeśli w plazmie (gazie jonizowanym) mogą wystąpić niestabilności MHD, gdzie lokalnie gęstość prądu może się zmieniać, tak samo jak intensywność pola magnetycznego, to nie ma tego miejsca w „zawieszeniu drutów”.

W pracy doktorskiej Bavaya podano, że prędkość rozprężania pary metalicznej wynosi 10 000 m/s dla wolframu i 22 000 m/s dla aluminium. Zakładany rozmiar drutów (w liczbie 240): 10 mikrometrów.

Nie znalazłem prędkości rozprężania dla drutów ze stali nierdzewnej. Ludzie z Sandia byli bardzo zaskoczeni, gdy odkryli, że temperatura osiągnięta na końcu implodowania wynosiła 2 miliardy stopni. Możliwe wyjaśnienie polega na tym, że prędkość rozprężania pary stali nierdzewnej byłaby mniejsza, co spowalniałoby powstawanie „korony”, gdzie mogą się pojawić niestabilności. Jak wspomniano wcześniej, druty utrzymują „zimny rdzeń”, więc to są prawie „druty”, które spotykają się na osi, a „pasek plazmy” powstaje w ostatnich chwilach implodowania. Zamiast kilkuset kilometrów na sekundę prędkość radialna w chwili uderzenia może osiągnąć 1000 km/s. Dlatego wzrost temperatury związany jest z... zmianą materiału. Pytanie otwarte.

W czasie tm powłoki plazmy łączą się. W ten sposób osiągamy dwie korzyści. Zamknięcie to tworzy „przegrodę” szczelną względem pola magnetycznego, a niejednorodność środowiska w kierunku azymutalnym przeciwdziała wzrostowi niestabilności MHD i utrzymuje symetrię osiową procesu.

Wróćmy do schematu pracy doktorskiej Bavaya, po jego przeanalizowaniu:

Montaż Bavaya po zastosowaniu crowbara

W tych wyładowaniach kondensatory rozładowują się w obwodach posiadających indukcyjność. Dla tych, którzy potrafią zobaczyć w 3D, rozkład dwóch pasm prądu fioletowego i czerwonego ma geometrię linii generujących torus. Są to „rodzaje cewek”. Gdy „zawieszenie drutów + plazma metaliczna” przesunęło się ku osi, zamyka to, co Bavay nazywa „przerwą”. W ten sposób „cewka” zostaje odłączona od kondensatora, który ją naładował. Znów pojawia się temat „crowbara” omawiany wcześniej w całym zbiorze dokumentów. Czerwony prąd elektryczny będzie nadal „obwijać” i naturalnie straciłby intensywność przez rozpraszanie Joule’a (rozładowanie cewki w rezystancji stanowiącej... samą siebie).

W fioletowym oznacza to „prąd główny”. Ten prąd tworzy pole magnetyczne, którego linie sił nie są pokazane, ale są azymutalne. To pole jest synonimem ciśnienia magnetycznego, które działa na pierwszą obudowę, której zawsze nadano schematyczną postać cylindryczną. Objętość, w której znajduje się pole magnetyczne wytworzone przez czerwony prąd, zmniejsza się. Aby zachować strumień, pole magnetyczne wzrasta, a prąd (czerwony) również, stąd nazwa Jamp (prąd wzmocniony). To ciśnienie magnetyczne działa na drugą „obudowę z drutów” umieszczoną na górze rysunku, która pełni rolę, którą w naszym „zamkniętym działzie plazmoidowym” pełni pierścień aluminium. Ta druga obudowa również przekształca się w niejednorodne zawieszenie, zbudowane z metalicznych drutów połączonych atmosferą par metalicznych. Wszystko to powoli zbliża się do osi. Wszystko zależy od wartości parametrów eksperymentu. Mamy więc również „klatkę ptaka” na górze rysunku, o pewnym początkowym średnicy. Prąd płynący przez nią jest słabszy niż w eksperymencie Sandia: 2,5 miliona amperów zamiast 20. Ta klatka jest również mniejsza. Jej implodowanie pozwala osiągnąć kilka milionów stopni i w tym sensie system spełnia swoje obietnice, stając się generatorem promieniowania rentgenowskiego. Ale jeśli urządzenie pozwalałoby na implodowanie większej klatki o średnicy 8 cm, a prąd mógłby być podniesiony do 20 milionów amperów, nie widzę powodu, dlaczego ta fantastyczna temperatura 2 miliardów stopni nie mogłaby zostać osiągnięta w Lot, we Francji. Uwaga: źródło zasilania Gramat daje wyładowania trwające 100 nanosekund, tak samo jak urządzenie Z Sandia.

Przejdźmy do kilku wyników (odwołujemy się do pracy doktorskiej Bavaya, dostępnej online).

Niebieski – „prąd główny”, czerwony – „prąd wtórny”.

Prąd główny maleje, ponieważ generator rozładowuje się w cewce o rosnącej wartości indukcyjności (co jest związane z rozszerzeniem jamy). Prąd wtórny najpierw powoli rośnie, co wynika z samego rozładowania źródła (kondensator rozładowuje się w cewce). Złamanie odpowiada chwili, w której „przerwa” zostaje zamknięta, albo działa crowbar, czyli nieco ponad dwie mikrosekundy po rozpoczęciu strzału. W tym momencie prąd czerwony skacze, ponieważ jest to prąd płynący w cewce, która zmniejsza się przez zgniecenie tej toroidalnej jamy. Otrzymujemy szczyt prądu indukowanego. Czas wzrostu prądu odpowiada temu, co jest wymagane: setki nanosekund. W rzeczywistości ten wzrost prądu musi odbyć się w czasie krótszym niż czas, jaki zajmuje drugiej obudowie na implodowanie, aby druty mogły zdobyć energię kinetyczną, która zostanie przekształcona w energię drgań termicznych w chwili uderzenia w oś.

Ten rysunek pochodzi z innego strzału. Na nim widać moc promieniowania w postaci promieniowania rentgenowskiego.

Moc promieniowania w postaci promieniowania rentgenowskiego

Żółty – moc promieniowania w postaci promieniowania rentgenowskiego.

Wniosek z przeczytania pracy doktorskiej Bavaya to to, że Francuzi mają wszystkie umiejętności do zbudowania eksperymentu podobnego do urządzenia Z („mamy to samo w domu”, choć nieco mniejsze). Osobiście poleciłbym zmienić kompresor, który miałby zaletę zwiększenia stabilności implodowania „dużej obudowy”. Nie ma potrzeby, by miała tak ostre zakrzywienie, aby energia mogła się wlewać do „klatki ptaka” w pozycji górnej. Ponadto montaż Gramat „dwustopniowy z dwiema obudowami z drutów”, niezwykle sprytny (mamy w Francji ludzi równie sprytnych jak Rosjanie), może pozwolić, używając źródła prądu w jego obecnym kształcie, osiągnąć ten sam efekt co Amerykanie, nawet z maszyną nieco słabszą. W każdym razie, gdybym był w Gramat, to natychmiast spróbowałbym tego. Nawet jeśli oczywiście interesuję się tylko zastosowaniami cywilnymi tej odkrywki, pierwszą rzeczą do zrobienia byłoby uzyskanie czystej fuzji małej ilości wodorotlenku litu, jakimkolwiek sposobem i gdziekolwiek, w jakimkolwiek kontekście. Potem „każdy żyje swoim życiem”. Cywile przekonfigurują eksperyment, by stworzyć generator elektryczny, a wojskowi będą robić bomby, zastępując źródło prądu, początkowo elektryczne, przez źródło magnetyczno-pirotechniczne, rosyjskiego typu. W każdym razie, jeśli Francuzi zaczęliby robić bomby czystej fuzji, co byłoby nieuniknione, nie byliby jedyni. Zobaczyłby się takie poruszenie, jakie obserwuje się obecnie w USA. Znaleźlibyśmy podobne w Rosji i Chinach, a może też gdzie indziej.

18 czerwca 2006 r.: Propozycja, bardzo schematyczna, ulepszenia montażu Mathias Bavaya. Kąt konwergencji oczywiście nie byłby ostry. Urządzenie trzeba byłoby zoptymalizować za pomocą symulacji numerycznych, ale wydaje mi się, że obudowa z drutów nr 1 powinna być bardziej stabilna.

| Natychmiast po przełączeniu powstają toroidalne płyty prądu, zaczynając parować obudowy z drutów, | zaczynając od dużej obudowy nr 1 (kolor fioletowy). Ciśnienie magnetyczne napędza ją ku osi systemu. | Warstwa z drutów nr 1 zacz