Więcej niż dwa miliardy stopni! Analiza artykułu Malcolma Hainesa (kwiecień 2006)

Więcej niż dwa miliardy stopni! Analiza artykułu Malcoma Hainesa (kwiecień 2006)

Więcej niż dwa miliardy stopni!
Artykuł Malcoma Hainesa

Opublikowany 24 lutego 2006 roku w Physical Review Letters

Zaktualizowane 16 lipca 2006 (dane u dołu wykresu wzrostu prądu w maszynie Z)

****Aktualizacja z 18 marca 2008. Po opublikowaniu artykułu w czasopiśmie Science et Avenir

**papier_Haines.htm#vilnius ** ****

żelazo

maszyna Z Sandia

wykres wzrostu temperatury

siatka drutów

siła Laplace’a

klatka ptaka

powstawanie powłoki

implozja na biconie

ewolucja prędkości w linerze z drutami

Dla nieuczonych

Czy rzeczywiście zmierzono temperatury jonowe przekraczające dwa miliardy stopni? Odpowiedź brzmi: tak. Jednak już w 1998 roku w eksperymentach kompresji plazmy prowadzonych przy użyciu maszyny Z zaobserwowano zaskakujący efekt. Eksperymenty dotyczyły różnych układów. Na przykład, gdy „klatka ptaka” zapadała się, w jej środek wysyłano „puff gazowy”, czyli „pęcherzyk gazu”, który następnie był kompresowany. Emitowane promieniowanie rentgenowskie pozwalało na pomiar temperatury elektronowej. Plazma to mieszanka „dwóch rodzajów cząstek”: ciężkich jonów i lekkich elektronów. W „plazmie żelaznej”, czyli w „żelazie jonowym”, jądra

(56 nukleonów, 26 protonów) są 100 000 razy cięższe od elektronów (jądra składają się z „nukleonów” o bardzo podobnych masach: protonów i elektronów. Elektron jest 1850 razy lżejszy od protonu).

W lampie neonowej znajdują się również „te dwa rodzaje cząstek”: elektrony i jony neonu (choć w tym przypadku nie zostały one całkowicie pozbawione „płaszcza elektronowego”). Gdy lampa działa, zawiera mieszankę „dwutemperaturową”, gdzie gaz składający się z atomów i jonów neonu pozostaje chłodny (można dotknąć lampy ręką), ale „gaz elektronowy” jest znacznie cieplejszy – nagrzany do 10 000°C. Dlaczego nie odczuwasz tej ciepłoty? Bo elektrony, biedaki, są zbyt skromne, by przekazać Ci energię, ciepło. Jednak mają wystarczająco dużo energii, by podnieść do stanu wzbudzenia, poprzez kolizje, warstwę fluorescencyjną pokrywającą wnętrze lampy. Dlatego nazywamy je

lampami fluorescencyjnymi.

Fluorescencja to zdolność pochłaniania promieniowania i jego ponownego emitowania w innej częstotliwości. Na przykład flawinescyna pochłania promieniowanie słoneczne i emituje światło zielone. Koszulki z nylonu mogą pochłaniać promieniowanie ultrafioletowe i emitować światło widzialne (to „światło czarne” w nowoczesnych klubach). Ta biała warstwa w lampie neonowej jest bombardowana elektronami o energii odpowiadającej zakresowi promieniowania UV, ale uderzając w substancje tworzące powłokę, powodują emisję światła widzialnego. Warstwa ta została tak zaprojektowana, by światło emitowane było jak najbardziej zbliżone do światła widzialnego. Jednak nie jest to idealne. Dlatego światło lamp neonowych wydaje się tak „dziwne”.

Należy pamiętać, że mogą istnieć środowiska „dwutemperaturowe”. Przyczyną tej sytuacji jest fakt, że pole elektryczne panujące w lampie, związane z napięciem elektrod, przekazuje energię głównie elektronom, które następnie przekazują ją jonom poprzez kolizje. Jednak transfer energii między gazem elektronowym a gazem jonowym jest mało skuteczny, co może prowadzić do dużego różnicy temperatur. Jest to szczególnie spowodowane faktem, że środowisko jest rozrzedzone. Jeśli lampa wycieka i ciśnienie rośnie, ta „niezrównoważona sytuacja” natychmiast znika. Gdy gaz elektronowy silnie sprzężony z jonami chłodzony jest bardzo szybko. Elektrony, mniej „wzburzone” (temperatura bezwzględna w gazie odpowiada ruchowi drganiowemu termicznemu), powracają spokojnie do atomów, które odzyskują neutralność.

Eksperyment z maszyną Z doprowadził do bardzo nietypowej sytuacji. Obecne są dwie gatunki cząstek:

Gaz elektronowy
Gaz jonowy (w stali nierdzewnej, głównie jądra żelaza naładowane dodatnio)

Od 1998 roku, gdy ludzie próbowali opisać swoje pomiary, mieli dostęp tylko do temperatury elektronowej, mierząc promieniowanie rentgenowskie. Dlaczego gaz elektronowy był głównym źródłem tego promieniowania w tych eksperymentach? Ponieważ wokół plazmy panuje bardzo silne pole magnetyczne. Gdy elektrony, poruszające się z prędkością 40 000 km/s, wchodzą do obszaru o silnym polu magnetycznym, zaczynają się wirować. Wtedy „krzyczą”, emitują „promieniowanie hamowania”. Dokładając pomiary tego promieniowania rentgenowskiego, eksperymentatorzy zmierzyli temperaturę tego gazu elektronowego: 35 milionów stopni w eksperymentach opisanych w niniejszym artykule.

Jednak korzystając z formuł („zależność Bennett’a”), gdy próbowali oszacować temperaturę, jaką musiały mieć jony żelazne, by skompensować ogromne „ciśnienie magnetyczne” działające na zewnątrz plazmy, musieli przyjąć, że ta temperatura musiała być znacznie wyższa. Już w 1998 roku, niezależnie od eksperymentu, różnica temperatur była oczywista. Tak wysokie wartości były potrzebne, by plazma nie została natychmiast zgnieciona przez ciśnienie magnetyczne. Widać, że sugeruje to stan poza równowagą (w równowadze termodynamicznej wszystkie temperatury składników mieszaniny gazowej są równe) – sytuację dwutemperaturową odwrotną do tej w lampie neonowej, gdzie tym razem gaz jonowy był cieplejszy niż gaz elektronowy.

Prosta uwaga: co tworzy „równowagę termodynamiczną”? To wymiana energii między cząstkami poprzez kolizje. Energia to np. energia kinetyczna

. Dlaczego indeks i? Bo plazma to mieszanka różnych gatunków, v

to prędkość drgań termicznych, a <v

to „średnia prędkość kwadratowa”. Tak więc

to

średnia energia kinetyczna

w danej klasie cząstek. To właśnie definicja temperatury bezwzględnej, która liczbowo odpowiada średniej energii kinetycznej (drgań termicznych) danej klasy cząstek według wzoru:

gdzie k to stała Boltzmanna, wynosząca 1,38 × 10

W kolizjach cząstki wymieniają energię. Ten proces dąży do równomiernego rozkładu energii. Gdy chodzi o czystą energię kinetyczną, różne gatunki dążą do uzyskania jednakowej energii drgań termicznych. Zatem mają równe

temperatury bezwzględne

Niech dwie cząstki będą o różnych masach m

i m

i niech i będzie lżejszą.

Teoria kinetyczna gazów

mówi, że tempo przekazywania energii kinetycznej w kolizji jest proporcjonalne do stosunku

Jeśli masy są bardzo różne, to zauważamy, że przy danej temperaturze (dostatecznej, by środowisko było jonizowane, by istniały swobodne elektrony) różnica mas sprawia, że prędkości drgań elektronowych i jonowych są bardzo różne. Weźmy przykład plazmy wodoru deuterowo-trytowego o średniej masie atomowej 2,5 (2 dla deuteru, 3 dla trytu). Załóżmy, że gaz jonowy ma temperaturę 100 milionów stopni (w tokamaku). Prędkość drgań termicznych będzie:

około (3kT

Proton waży 1,6 × 10

kilograma

Średnia masa jonów wodoru wynosi więc 1,6 × 10

2,5, czyli 4 × 10

kilograma

Prędkość drgań termicznych jonów wodoru w tokamaku wynosi zatem około 10

m/s, czyli

tysiąc kilometrów na sekundę

. Ciekawy numer do zapamiętania. W tokamaku panuje stan równowagi termodynamicznej. Temperatura gazu elektronowego jest taka sama jak temperatura jonów. Jednak prędkość drgań elektronów jest większa niż prędkość jonów, w odwrotnym stosunku do pierwiastka z ilorazu mas.

Masa elektronu wynosi

= 0,91 × 10

kilograma

W plazmie ciężkiego wodoru stosunek mas wynosi 4400, a stosunek prędkości drgań termicznych to pierwiastek z tej liczby, czyli 66. Prędkość drgań termicznych elektronów w tokamaku jest więc 66 razy większa niż prędkość jonów i wynosi 66 000 km/s, czyli około 20% prędkości światła. Prosta uwaga.

W plazmie żelaznej maszyny Z stosunek mas osiąga 100 000. W równowadze w plazmie żelaznej stosunek prędkości termicznych między elektronami a jonami żelaza byłby 316. Jednak jak zobaczymy później, plazma żelazna maszyny Z jest bardzo poza równowagą. Różnica z lampami fluorescencyjnymi polega na tym, że tym razem temperatura elektronowa jest 100 razy niższa niż temperatura jonów. Mamy więc nowy rodzaj plazmy

w stanie odwróconej nierównowagi

To nowe środowisko, słabo znane, do odkrycia. W rzeczywistości prawdziwy „dzwon” dla eksperymentatorów i teoretyków. Maszyna Z to przede wszystkim potężny generator elektryczny:

Maszyna Z Sandia przed 2007 rokiem

(jest ona zmodyfikowana od tego czasu i przekształcona w ZR, „odnowioną Z”)

Dostarcza impulsów o natężeniu 18 milionów amperów w ciągu 100 nanosekund. Nanosekunda to miliardowa część sekundy. Natężenie prądu rośnie liniowo: wykres wzrostu natężenia prądu w maszynie Z (analogiczny w ZR)

Maszyna ZR, działająca od 2007 roku, zdolna do osiągnięcia 26 milionów amperów, również w ciągu 100 nanosekund

Maszyna Z przesyła prąd do „linera z drutami”, rodzaju klatki ptaka o wysokości 5 cm i średnicy 8 cm, składającej się z 240 drutów ze stali nierdzewnej, cieńszych niż włos:

Budowa „linera z drutami”

Przez każdy drut płynie więc:

75 000 amperów

Każdy drut tworzy pole magnetyczne, które oddziałuje na sąsiednie druty według siły Laplace’a I B. Te siły są dośrodkowe i dążą do zgrupowania wszystkich drutów wzdłuż osi układu.

Siły Laplace’a dążą do zgrupowania drutów wzdłuż osi układu

Rysunek, który bardzo podobał się Geroldowi Yonasowi, wynalazcy maszyny

W trakcie zbliżania się druty metalowe sublimują stopniowo:

Powstawanie powłoki plazmy

(praca doktorska Mathiasa Bavaya)

Struktura złożona z drutów utrzymuje osiową symetrię i zapobiega pojawieniu się niestabilności MHD. W opinii eksperymetatorów zachowanie linera z drutami podczas tej implozji jest sporne. Drut jest otoczony powłoką plazmy żelaznej. Doświadczenie pokazuje, że druty pozostawiają za sobą „ogon komety”, który stanowi 30% ich masy.

Schemat tej implozji można obliczyć (patrz dalej). Promień klatki wynosi 4 cm, a czas 100 nanosekund, więc średnia prędkość zbliżania się wynosi 400 km/s. W rzeczywistości występuje przyspieszenie tuż przed kontaktem. Prędkość jonów przed uderzeniem mieści się w zakresie od 550 do 650 km/s. Utrzymanie osiowej symetrii sprawia, że plazma żelazna na końcu implozji tworzy pręt o średnicy pół centymetra.

Jony i elektrony zbliżają się do osi z tą samą prędkością. Nie można rozdzielić tych dwóch populacji z powodu silnych sił elektrostatycznych je łączących. Gdy te cząstki – jony żelaza i elektrony – uderzają się w pobliżu osi, następuje termalizacja, czyli w zasadzie energia kinetyczna związana z prędkością radialną rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach. To dotyczy zarówno jonów, jak i elektronów.

Zignorujmy na razie elektrony i wyobraźmy sobie populację obiektów o masie równej masie jonów żelaza, znajdujących się w pobliżu osi z prędkością 650 km/s.

Masa jonów żelaza to 9 × 10

kilograma

Zapiszmy:

V = 600 km/s

Otrzymujemy temperaturę jonową 925 milionów stopni. Prosta konwersja tej prędkości radialnej na prędkość drgań termicznych jonów.

Wykonajmy ten sam obliczenie dla elektronów – otrzymamy temperaturę 100 tysięcy razy niższą, około 9250 stopni. Silny stan odwróconej nierównowagi. Wtedy wchodzą w grę kolizje. Dla jonów Malcom Haines obliczył, że czas relaksacji (czas termalizacji gazu jonowego, ustalenia funkcji rozkładu prędkości) wynosi 37 pikosekund, czyli 3,7 × 10

sekundy. Ten czas jest mały w porównaniu z „czasem stagnacji” plazmy, w postaci bardzo gęstego i gorącego pręta o wielkości ołówka.

Pomiary (emisja promieniowania rentgenowskiego przez „promieniowanie hamowania”, oddziaływanie elektronów-jony) dają temperaturę 30 milionów stopni. Gaz elektronowy został więc nagrzanego. To omówimy później. Zwykle wysokie temperatury wyraża się w elektronowoltach według wzoru:

eV = kT

gdzie e (jednostkowy ładunek elektryczny) = 1,6 × 10⁻¹⁹ kulombów

Jeśli środowisko ma temperaturę podaną w „elektronowoltach” równą „1 eV”, odpowiada to temperaturze:

T = e/k = 11 600 K

Ponieważ pracujemy z rzordami wielkości, często zamieniamy elektronowolty na kelwiny, wykonując prostą operację:

T = 10 000 V

Zatem „keV”, czyli kiloelektronowolt, odpowiada 10 000 stopniom.

Pomiary promieniowania emitowanego (w zakresie promieniowania rentgenowskiego) dają temperaturę 30 keV, którą zaokrąglamy do 30 milionów stopni.

Inny problem: okazuje się, że gaz jonowy jest 3–4 razy cieplejszy niż wynikałoby to z prostej termalizacji. Pomiary temperatury dają wartość wyższą niż 2 miliardy stopni, osiągając nawet maksymalną wartość 3,7 miliarda stopni. Skąd pochodzi ta energia? Znowu omówimy to później.

Pomiary temperatury przeprowadzono za pomocą klasycznej metody oceny rozszerzenia linii spektralnych z powodu efektu Dopplera. Jądra (jak atomy, cząsteczki) emitują promieniowanie według określonego spektrum, które zawiera charakterystyczne linie.

Jeśli środowisko jest stosunkowo chłodne, linie są wąskie.

Spektrum emisji stali nierdzewnej „stosunkowo chłodnej”, nagrzanej do temperatury 100 000 K

Identyfikujemy linie chromu (pierwsze, po lewej), potem manganu, żelaza i nikielu.

W tej stali nierdzewnej węgiel stanowi 0,15% mieszanki, a jego linie nie są widoczne.

Linie odpowiadają wzbudzeniom elektronowym. Wokół jądra krążą elektrony na bardzo precyzyjnych orbitach z powodu mechaniki kwantowej (kwantyzacja orbit). Dostarczenie energii z dowolnego źródła może spowodować „przejście”, czyli zmianę orbity jednego z elektronów. Zmiana ta zawsze zachodzi w kierunku przesunięcia elektronu na bardziej odległą orbitę, która odpowiada większej energii. Nie trzeba wykonywać skomplikowanych obliczeń, by zrozumieć tę ideę. Więc dobrze wiecie, że im wyższa orbita, tym więcej energii potrzeba do umieszczenia masy M na orbicie. Dostarczenie energii przesuwa elektron na „wyższą” orbitę, dalej od jądra. Nie pozostaje tam długo (istnieje czas życia tych stanów wzbudzonych) i szybko wraca w ciągu kilku nanosekund na niższą orbitę bliższą jądrze. W trakcie tego procesu traci energię, która jest emitowana jako foton o energii równej różnicy energii dwóch poziomów orbitalnych. Stąd ten „spektrum linii”.

Atom żelaza ma 26 elektronów.

Wszystkie mogą zmieniać orbity, wracać, niekoniecznie na pierwotną orbitę. Dlatego spektrum składa się z wielu linii. Niektóre są wyższe niż inne. Co oznacza „wysokość linii”? Moc emitowana w danej częstotliwości. Linia mierzy wkład konkretnego przejścia. Niektóre przejścia są bardziej prawdopodobne niż inne. To właśnie te najprawdopodobniejsze, czyli najczęściej występujące przejścia dają główną część promieniowania. Spójrzmy na wykres powyżej: dla stali nierdzewnej o temperaturze między 58 000 (5 elektronowoltów) a 116 000 K (10 elektronowoltów) najmocniejsza emisja pochodzi z linii chromu. Linia manganu jest „bardziej skromna”. Przy tych temperaturach atomy są już bardzo pozbawione elektronów. Jednak niektóre pozostają. Ile? Nie mam pod ręką książki, by odpowiedzieć. Usunięcie elektronów jest stopniowe. Nie wiem, do jakiej temperatury trzeba ogrzać żelazo lub chrom, by uzyskać całkowite usunięcie elektronów, czyli ostateczne oderwanie ostatniego elektronu. Można to obliczyć. To energia potrzebna do oderwania ostatniego elektronu od jądra mającego 26 dodatnich ładunków.

To, co zmierzyli w eksperymentach Sandia, odnosi się do spektrum wzbudzenia i rozpadu elektronów, które pozostały wokół jąder.

Rozszerzenie linii jest związane z efektem Dopplera-Fizeau.

Spektrum tego samego materiału, nagrzanego do miliardów stopni. Efekt Dopplera spowodował rozszerzenie linii

Częstotliwość odpowiadająca danemu przejściu orbitalnemu (linii) będzie wyższa, jeśli atom zbliża się do obserwatora, i niższa, jeśli się oddala (to tzw. „przesunięcie ku czerwonemu”). W ten sposób drgania termiczne

rozszerzają linie

. Pomiary, wiarygodne, zostały przeprowadzone i potwierdziły te bardzo wysokie wartości temperatur jonowych, które wynoszą miliardy stopni (

od 2,66 do 3,7 miliarda stopni

Wyniki maja 2005 roku z maszyny Z Sandia.

Ciemny kolor – wzrost temperatury jonowej. Kolor niebieski – średnica plazmy.

Oś X: czas w nanosekundach

(jedna nanosekunda to miliardowa część sekundy)

Wzrost temperatury nie jest zwykłym zdarzeniem. To wielkie odkrycie naukowe, i bardzo prawdopodobne, że będzie miało ogromne konsekwencje dla naszej społeczności planetarnej.

Jony są więc sto razy cieplejsze niż elektrony

. Do tej pory to była jedyna możliwa wyjaśnienie, ale tym razem udało się to zmierzyć w całkowicie powtarzalnych eksperymentach. Co więcej, ta temperatura jonowa

rośnie z czasem.

Na koniec okazało się, że energia emitowana przez gaz elektronowy w postaci promieniowania rentgenowskiego była 3–4 razy większa niż energia kinetyczna, jaką miały pręty ze stali nierdzewnej „linera z drutami”, gdy znalazły się na osi.

Haines i jego współpracownicy spróbowali w następującym artykule rozwiązać ten tajemniczy problem. Skąd mogła pochodzić ta energia?

Gdy uruchamia się maszynę Z, energia rozdziela się na różne formy. Istnieje energia cieplna plazmy, odpowiadająca sumie energii kinetycznych jej składników (głównie energia kinetyczna jonów żelaza). Ale istnieje też inna energia, trudniejsza do zrozumienia:

energia magnetyczna

rozdzielona na całym obszarze otaczającym cienki pręt plazmy znajdujący się na osi. Haines więc zaproponował, że mogą się pojawić „niestabilności MHD”, które pozwoliłyby plazmie odzyskać część tej energii. Jak w artykule przyznaje, ta teoria jest bardzo początkowa i nie doprowadziła do żadnej „symulacji”. Wniosek brzmi po prostu: „nie jest niemożliwe, by to nagrzanie było spowodowane tym zjawiskiem”. Pokazuje w międzyczasie słaby sprzężenie kolizyjne między elektronami a jonami, co wyjaśnia opóźnienie emisji promieniowania rentgenowskiego w czasie. Zjawisko najpierw nagrzewa jony, które przekazują część tej energii gazowi elektronowemu, który staje się wtedy emisyjny (poprzez promieniowanie hamowania). Mimo to pomiary (cztery punkty)

pokazują, że gaz jonowy żelaza nadal się nagrzewa

Maksymalna temperatura nie jest jeszcze osiągnięta. Mimo to zmierzona temperatura jonów żelaza osiąga 3,7 miliarda stopni! Trzydzieści siedem razy więcej niż temperatura, jaką ITER nigdy nie przekroczy: 100 milionów stopni.

Deeney powiedział, że wobec takiego wyniku ponownie przeprowadził eksperyment i pomiary, by być pewnym. Zauważmy, że w tytule artykułu jest napisane: „więcej niż dwa miliardy stopni”. Logicznie badacze powinni wymienić wartość maksymalną – 3,7 miliarda stopni. Nazwijmy to ruchem... skromności, przed ogromem wyniku.

Należy pamiętać, że przy 500 milionach stopni można przeprowadzić fuzję litu i wodoru, uzyskując hel i nie neutrony. Przy miliardzie stopni ma się jedną „czystą fuzję”, zawsze bez radioaktywności ani odpadów (tylko hel): fuzję boru i wodoru. Co można zrobić przy 3,7 miliarda stopni, czy nawet więcej? Jeśli temperatura jonów będzie dalej rosła, logiczne jest przypuszczenie, że można osiągnąć jeszcze wyższe temperatury jonowe.

Uwaga. W tych eksperymentach natężenie prądu elektrycznego dostarczanego przez maszynę Z (od 18 do 20 milionów amperów) nie może być utrzymywane bez końca. To rozładowanie: to natężenie rośnie w czasie, osiąga maksimum, a następnie spada. W maszynie Z impuls trwa 100 miliardowych sekundy. Inny aspekt: jeśli Haines ma rację, otoczenie magnetyczne pręta plazmy zawiera bardzo dużą energię. Jeśli utrzymamy prąd, to pole magnetyczne będzie dalej „karmić” plazmę, podnosząc temperaturę jonową. W ten sposób 3,7 miliarda stopni nie stanowi limitu, a nikt nie może powiedzieć, jaką temperaturę można osiągnąć tym urządzeniem.

Pierwszym skutkiem takich eksperymentów mogłaby być „czysta, niezanieczyszczająca fuzja”, z mieszaniną litu i wodoru (lity znajduje się w wodzie morskiej i solankach we wszystkich regionach świata. Obecnie jego cena wynosi 59 dolarów za kilogram, wliczając podatki). To byłby złoty wiek pod względem energii (z dodatkową bombą H o czystej fuzji, taniej i dostępnej dla wszystkich). Jeśli to się potwierdzi, żaden kraj na świecie nie mógłby się pochwalić „posiadaniem zasobów litu na planecie”. Ponieważ lity znajduje się w wodzie morskiej, te zasoby są a priori nieograniczone.

Ponieważ temperatura w supernowej wynosi dziesięć miliardów stopni, a ta, poprzez reakcje fuzji, potrafi stworzyć wszystkie pierwiastki z tabeli Mendelejewa (i ich izotopy promieniotwórcze o różnych czasach życia), jeśli kiedyś maszyna Z „naprawiona” osiągnie 10 miliardów stopni, w laboratorium osiągniemy najwyższe temperatury, jakie natura może osiągnąć we wszechświecie. Ten skok oznacza więc drastyczne zmiany w fizyce jądrowej i fizyce ogólnie.

Do tej pory wystarczyło „żar” – ten krok to prawdziwe wynalezienie ognia jądrowego

mówi, że tempo przekazywania energii kinetycznej w zderzeniu będzie proporcjonalne do stosunku

Jeśli masy są bardzo różne, zauważa się w przekroju, że przy danej temperaturze (wystarczającej, by środowisko było jonizowane, by były wolne elektrony) różnica mas sprawia, że prędkości ruchu elektronowego i jonowego są bardzo różne. Weźmy przykład plazmy wodoru deuterowo-trytowego, z średnią masą atomową 2,5 (2 dla deuteru, 3 dla trytu). Załóżmy, że gaz jonowy ma temperaturę 100 000 000 stopni (w tokamaku). Prędkość termiczna będzie:

około (3 k T

Proton waży 1,6 10

kilogram

Średnia masa jonów wodorowych wynosi więc 1,6 10

2,5, czyli 4 10

kilogram

Średnia prędkość termiczna jonów wodorowych w tokamaku wynosi więc, w tokamaku 10

m/s, czyli

tysiąc kilometrów na sekundę

. Interesująca liczba do zapamiętania. W tokamaku ustala się stan równowagi termodynamicznej. Temperatura gazu elektronowego jest taka sama jak jonów. Ale prędkość ruchu elektronów jest wyższa niż jonów, w odwrotnym stosunku do pierwiastka kwadratowego z stosunku mas.

Masa elektronu to

= 0,91 10

kilogram

W plazmie ciężkiego wodoru stosunek mas wynosi 4400, a stosunek prędkości termicznych to pierwiastek kwadratowy z tej liczby, czyli 66. Prędkość termiczna elektronów w tokamaku jest więc 66 razy wyższa niż jonów, czyli 66 000 km/s, co stanowi 20% prędkości światła. Prosta obserwacja.

W plazmie żelaza maszyn Z stosunek mas osiąga 100 000. W równowagowym plazmie żelaza stosunek prędkości termicznych między elektronami a jonami żelaza wynosiłby 316. Jednak, jak się później okaże, plazma żelaza w maszynach Z jest bardzo poza równowagą. Różnica w porównaniu do lamp fluorescencyjnych polega na tym, że tym razem temperatura elektronowa jest 100 razy niższa niż jonowa. Mamy więc nowy typ plazmy

w stanie odwróconej nierównowagi

To nowe środowisko, słabo znane, do zbadania. W rzeczywistości prawdziwy "dzikie zachód" dla eksperymentatorów i teoretyków. Maszyna Z to przede wszystkim potężny generator elektryczny:

Maszyna Z Sandia, przed 2007

(jest ona zmodyfikowana i przekształcona w ZR, Z "odnowiony")

Dostarcza impulsy 18 milionów amperów, w 100 nanosekund. Nanosekunda to miliardowa część sekundy. Natężenie elektryczne rośnie liniowo: krzywa wzrostu natężenia elektrycznego w maszynie Z (analogicznie w ZR)

Maszyna ZR, działająca od 2007 roku, zdolna do osiągnięcia 26 milionów amperów, wciąż w 100 nanosekund

Maszyna Z przesyła ten prąd do "kanału z drutów", rodzaju klatki z drutów, o wysokości 5 cm i średnicy 8 cm, złożonej z 240 drutów z tworzywa szklanego, cieńszych niż włos:

Konstrukcja "kanału z drutów"

W każdym drucie przechodzi więc:

75 000 amperów

Każdy drut tworzy pole magnetyczne, które oddziałuje z sąsiednimi drutami zgodnie z siłą Laplace'a I B. Te siły są dośrodkowe i dążą do złączenia wszystkich tych drutów wzdłuż osi systemu.

Siły Laplace'a dążą do złączenia drutów wzdłuż osi systemu

Rysunek, który miał dużo więcej w Gerold Yonas, wynalazcy maszyny

Gdy zbliżają się, druty metaliczne sublimują stopniowo:

Formowanie powłoki plazmy

(praca doktorska Mathias Bavay)

To struktura z drutów, która utrzymuje osiową symetrię i zapobiega powstawaniu niestabilności MHD. Opinie są podzielone co do zachowania tego kanału z drutów podczas tej implozji. Drut otoczony jest warstwą plazmy żelaza. Doświadczenie pokazuje, że druty pozostawiają za sobą "ogon komety", który stanowi 30% ich masy.

Schemat tej implozji można obliczyć (patrz niżej). Promień tej klatki to 4 cm, a czas to 100 nanosekund, więc średnia prędkość zbliżania się to 400 km/s. W rzeczywistości jest przyspieszenie tuż przed kontaktem. Prędkość jonów przed uderzeniem wynosi od 550 do 650 km/s. Utrzymanie osiowej symetrii sprawia, że plazma żelaza kończy implozję w formie cienkiego kordu o średnicy 1,5 mm.

Jony i elektrony zbliżają się do osi z taką samą prędkością. Nie można rozdzielić dwóch populacji z powodu silnych sił elektrostatycznych, które je łączą. Gdy te cząstki, jony żelaza i elektrony, zderzają się w pobliżu osi, następuje termalizacja, czyli, w zasadzie, energia kinetyczna związana z prędkością radialną zostaje rozproszona we wszystkich kierunkach. To dotyczy zarówno jonów, jak i elektronów.

Pomijmy na chwilę elektrony i załóżmy populację obiektów o masie równej masie jonów żelaza, która znajduje się w pobliżu osi z prędkością 650 km/s.

Masa jonów żelaza to 9 10

kilogram

Zapiszemy:

V = 600 km/s

Otrzymujemy temperaturę jonową 925 milionów stopni. Prosta konwersja tej prędkości radialnej na prędkość termiczną jonów.

Wykonajmy tę samą obliczenie dla elektronów, otrzymujemy temperaturę 100 razy niższą, około 9250 stopni. Potężny stan odwróconej nierównowagi. Wtedy zaczynają się odgrywać kolizje. Dla jonów, Malcom Haines obliczył, że czas relaksacji (czas termalizacji gazu jonowego, ustalenia funkcji rozkładu prędkości) wynosi 37 pikosekund, czyli 3,7 10

sekundy. Ten czas jest mały w porównaniu do "czasu stagnacji" plazmy, w formie cienkiego, bardzo gęstego i gorącego kordu, wielkości ołówka.

Pomiar (emisja promieni X przez "promieniowanie hamowania", interakcja elektronów i jonów) daje temperaturę 30 milionów stopni. Gaz elektronowy został więc nagrzejony. Zanalizujemy to później. Zwykle podaje się wysokie temperatury w elektronowoltach, zgodnie z zależnością

e V = k T

z e (jednostkowa ładunku elektrycznego) = 1,6 10-19 kulomb

Jeśli mamy środowisko, które reprezentuje temperaturę, nagrzane w "elektronowoltach", który wynosi "1 eV", odpowiada to temperaturze

T = e / k = 11 600° K

Ponieważ mówimy o rzędach wielkości, często konwertujemy elektronowolty na stopnie Kelwina, wykonując po prostu

T = 10 000 V

W ten sposób "keV", kiloelektronowolt, odpowiada 10 000°

Pomiar promieniowania wyemitowanego (w zakresie promieni X) daje temperaturę 30 keV, którą zaokrąglamy do 30 milionów stopni.

Inny problem: okazuje się, że gaz jonowy jest 3-4 razy cieplejszy niż wynikałoby to z prostej termalizacji. Pomiar temperatury daje wartość wyższą niż 2 miliardy stopni, osiągając maksymalną wartość 3,7 miliarda stopni. Skąd pochodzi ta energia? Tu również omówimy to później; .

Pomiar temperatury został przeprowadzony za pomocą klasycznej metody oceny rozszerzenia linii widmowych z efektem Dopplera. Jądra (tak jak atomy, cząsteczki) emitują promieniowanie według określonego spektrum, które ma charakterystyczne linie.

Jeśli środowisko jest stosunkowo zimne, linie są wąskie.

Spektrum emisji stali nierdzewnej "stosunkowo zimnej", nagrzanego do temperatury 100 000 K

Identyfikujemy linie chromu (pierwsze, po lewej), a następnie linie manganu, żelaza i niklu.

W tej stali nierdzewnej węgiel stanowi 0,15% mieszanki, a jego linie nie są widoczne.

Linie odpowiadają wzbudzeniom elektronowym. Wokół jądra krążą elektrony, na dobrze określonych orbitach, z powodów związanych z mechaniką kwantową (kwantyzacja orbit). Wpływy energii z dowolnego źródła mogą wywołać "przejście", czyli zmianę orbity jednego z elektronów. Ta zmiana zawsze zachodzi w kierunku migracji elektronów na bardziej odległą orbitę, która reprezentuje większą energię. Nie trzeba robić skomplikowanych obliczeń, by wywołać tę ideę. Wiecie bardzo dobrze, że aby umieścić obiekty o masie M na orbicie, im wyższa jest orbita, tym potężniejsza musi być rakieta. Wpływy energii umieszczają więc elektron na "wyższej" orbicie, dalej od jądra. Nie pozostaje długo (istnieje czas życia tych stanów wzbudzonych) i szybko wraca w ciągu kilku nanosekund na bardziej bliską orbitę jądra. W ten sposób traci energię, która jest emitowana w formie fotonu, którego energia jest równa różnicy energii dwóch poziomów orbity. Stąd ten "spektrum w linii".

Atom żelaza ma 26 elektronów.

Wszystkie są w stanie wykonywać zmiany orbit, wracać, niekoniecznie na swoją początkową orbitę. Stąd spektrum złożone z wielu linii. Niektóre są wyższe niż inne. Co odpowiada "wysokości linii"? Mocy wyemitowanej według tej częstotliwości. Linia mierzy wkład określonego przejścia. Niektóre przejścia są bardziej prawdopodobne niż inne. Są to te przejścia najbardziej prawdopodobne, więc częste, które dadzą podstawowy promieniowanie. Spojrzawszy na powyższy schemat widzimy, że dla stali nierdzewnej, której temperatura wynosi między 58 000 (5 elektronowoltów) a 116 000 K (10 elektronowoltów), najbardziej intensywna emisja pochodzi z linii chromu. Linia manganu jest "mniej znacząca". W tych temperaturach atomy są już bardzo pozbawione elektronów. Ale nadal są. Ile? Nie mam pod ręką książki, by mógł ci odpowiedzieć. Usuwanie elektronów jest stopniowe. Nie wiem, przy jakiej temperaturze trzeba podnieść żelazo lub chrom, by uzyskać całkowite usunięcie elektronów, by ostatni elektron został usunięty. Można to policzyć. To energia, którą trzeba dostarczyć, by usunąć ten ostatni elektron z jądra posiadającego 26 dodatnie ładunki.

To, co zostało zmierzone w eksperymentach Sandia, odnosi się do spektrum wzbudzenia i dezaktywacji elektronów, które pozostały wokół jąder.

Rozszerzenie linii jest związane z efektem Dopplera-Fizeau.

Spektrum tego samego materiału, nagrzanego do miliardów stopni. Efekt Dopplera spowodował rozszerzenie linii

Częstotliwość odpowiadająca danemu skokowi orbitalnemu (linii) będzie wyższa, jeśli atom zbliża się do obserwatora, a niższa, jeśli się oddala (to "czerwony przesunięcie"). Tak więc ruch termiczny

rozszerza linie

. Pomiar, wiarygodny, został przeprowadzony i potwierdził te wysokie wartości temperatury jonowej, które wynoszą miliardy stopni (

między 2,66 a 3,7 miliardami stopni

Wyniki z maja 2005 z maszyny Z Sandia.

W kolorze czarnym, wzrost temperatury jonowej. W kolorze niebieskim, średnica plazmy.

W osi X: czas w nanosekundach

(jedna nanosekunda to miliardowa część sekundy)

Wzrost temperatury nie jest zdarzeniem wśród innych. To wielkie odkrycie naukowe i bardzo prawdopodobnie będzie miało znaczące konsekwencje dla społeczeństwa globalnego.

Jony są więc 100 razy cieplejsze niż elektrony

. Do tej pory to była jedyna możliwa wyjaśnienie, ale tym razem to można zmierzyć, w całkowicie powtarzalnych eksperymentach. Co więcej, ta jonowa temperatura

rośnie w czasie.

W końcu energia wyemitowana przez gaz elektronowy, w formie promieniowania X, okazała się 3-4 razy większa niż energia kinetyczna, jaką miały płyty stalowe "kanału z drutów", gdy znalazły się zbliżone do osi

Haines i jego współpracownicy próbowali w poniższym artykule wyjaśnić to tajemnicę. Skąd mogła pochodzić ta energia?

Gdy uruchamia się maszynę Z, energia rozdzielana jest w różnych formach. Istnieje energia termiczna plazmy, która odpowiada sumie energii kinetycznych jej składników (głównie energia kinetyczna jonów żelaza). Ale istnieje również inna energia, trudniejsza do zrozumienia:

energia magnetyczna

, która rozprzestrzenia się w całym obszarze otaczającym cienki kordon plazmy utworzony na osi. Haines zasugerował więc, że mogą się pojawić "niestabilności MHD", które pozwolą plazmie odzyskać część tej energii. Jak w artykule, ta teoria jest bardzo embrionalna i nie wywołała żadnej "symulacji". Wniosek to po prostu "nie jest niemożliwe, że ten nagrzewanie wynika z tego zjawiska". Pokazuje w przekroju słaby związek kolizyjny między elektronami a jonami, który wyjaśnia opóźnienie emisji promieni X w czasie. Zjawisko najpierw nagrzewa jony, które przekazują część tej energii gazowi elektronowemu, który staje się emitujący (poprzez promieniowanie hamowania). To, co się dzieje, pomiar (cztery punkty)

pokazuje, że gaz jonowy żelaza nadal się nagrzewa

Maksymalna temperatura nie jest widocznie osiągnięta. Mimo to temperatura jonów żelaza osiąga 3,7 miliarda stopni! trzydzieści siedem razy wyższa niż temperatura, jaką Iter nigdy nie będzie mogła przekroczyć: 100 milionów stopni.

Deeney powiedział, że wobec takiego wyniku powtarzał eksperyment i pomiary wielokrotnie, by być pewnym. Zauważmy, że w tytule artykułu napisano: "ponad dwa miliardy stopni". Logicznie, badacze powinni wskazać maksymalną wartość, 3,7 miliarda stopni. Nazywajmy to ruchem ... skromności, wobec ogromu osiągniętego wyniku.

Pamiętaj, że z 500 milionami stopni można przeprowadzić fuzję litu i wodoru, uzyskując hel i nie neutrony. Z milionem można uzyskać "czystą fuzję" przez sekundę, zawsze bez promieniowania ani odpadów (tylko hel): fuzję boru i wodoru. Co można zrobić z 3,7 miliardami stopni, czy nawet więcej? Jeśli temperatura jonów będzie rosła dalej, logiczne jest myśleć, że można osiągnąć jeszcze wyższe temperatury jonowe.

Uwaga. W tych eksperymentach natężenie prądu elektrycznego, jaki dostarcza maszyna Z (od 18 do 20 milionów amperów), nie może utrzymywać się nieograniczenie. To rozładowanie: to natężenie rośnie w czasie, przechodzi przez maksimum, a następnie maleje. W maszynie Z impuls trwa 100 miliardowych sekund. Inny aspekt: jeśli Haines ma rację, środowisko magnetyczne kordonu plazmy zawiera bardzo dużą energię. Zatem, jeśli utrzymamy prąd, to pole magnetyczne będzie nadal "żywić" plazmę, zwiększając temperaturę jonową. Tak więc te 3,7 miliarda stopni nie stanowią ograniczenia, a nikt nie może powiedzieć, jaką temperaturę można osiągnąć za pomocą tego urządzenia.

Pierwszy skutek takich eksperymentów może być "czysta, niezanieczyszczająca fuzja", z mieszaniną litu i wodoru (lity, który znajduje się w wodzie morskiej i solankach, występuje we wszystkich regionach świata. Obecnie jego cena to 59 dolarów za kilogram, w tym podatki). To jest wiek złota pod kątem energii (z dodatkiem bomby wodorowej czystej, nie drogiej, dla wszystkich). Jeśli wszystko się potwierdzi, żaden kraj na świecie nie będzie mógł twierdzić, że posiada rezerwy litu na planecie. Ponieważ lit jest obecny w wodzie morskiej, te rezerwy są a priori nieograniczone.

Ponieważ temperatura w supernowej wynosi dziesięć miliardów stopni, a ta, poprzez reakcje fuzji, potrafi stworzyć wszystkie atomy z tabeli Mendelejewa (i ich izotopy promieniotwórcze o różnych czasach życia), jeśli maszyna Z "napełniona" kiedyś osiągnie 10 miliardów stopni, osiągniemy w laboratorium najwyższe temperatury, jakie natura jest w stanie osiągnąć w kosmosie. Ten postęp to naprawdę zmiana w fizyce jądrowej i w naszej fizyce w ogóle.

Do tej pory byliśmy zadowoleni tylko "żarzącymi się". To krok rzeczywiście oznacza wynalazek jądrowego ognia

Poniżej początek artykułu Haines, Deeney i innych:

**Tłumaczymy tytuł **:

**Nagrzewanie wiskozowe jonów w nieustabilnym pinchu magnetycznym, temperatura powyżej 2 x 109 **K

Następnie streszczenie :

Zbiory złożone z drutów metalowych, mocno skupione wzdłuż osi symetrii systemu, stanowią źródła promieni X o największej mocy w laboratorium do tej pory. Ale ponadto, w pewnych warunkach można obserwować energię w formie "miękkich" promieni X, emitowaną w impulsie o długości 5 nanosekund, w momencie osiągnięcia maksymalnego kompresji (stagnacji)

która odpowiada energii przekraczającej energię początkową w formie kinetycznej, czynnikiem 3 do 4

. Rozwijana jest teoria, by wyjaśnić to zjawisko, sugerując, że wynika ono z szybkiej konwersji energii magnetycznej, która podnosi jony do bardzo wysokiej temperatury, poprzez zjawiska niestabilności MHD typu m = 0, szybko rosnące. Wtedy następuje nieliniowa nasycenie i wiskozne nagrzewanie gazu jonowego. Ta energia najpierw przekazywana jest jonom, a następnie przekazywana jest elektronom poprzez proste równowagę, kolizje jony-elektrony, a te ostatnie emitują wtedy "miękkie" promienie X. Ostatnio uzyskano w Sandii spektra, te pomiary rozciągające się w czasie, które potwierdziły temperaturę jonową 200 keV (2

stopni), zgodnie z tą teorią. Otrzymujemy więc rekord temperatury dla plazmy ograniczonej magnetycznie.

Haines i jego współautorzy zaczynają od przypomnienia podstawy problemu. Nie udało się wyjaśnić, jak energia wydzielona przez plazmę mogła osiągnąć 3 lub 4 razy więcej niż energia kinetyczna "zewnętrzna", czyli sumę 1/2 mV2 atomów metali wstrzeliwanych jeden w drugiego w kierunku osi, w pobliżu której kończą swoją drogę, a ta energia kinetyczna zostaje przekształcona w energię termiczną. Gdy analizuje się dane, bilans nie zgadza się. Wychodzi więcej energii niż wchodzi do tego systemu i musi pochodzić z jakiegoś miejsca. Haines myśli teraz o energii magnetycznej. Co z tego?

Jeśli rozważymy kanał złożony z drutów (240) i przepuszczymy przez nie prąd, możemy obliczyć intensywność pola magnetycznego, azymutalnego, które tworzą inne druty. Ten drut podlega sile Laplace'a J x B. Łatwo ustalić, że ta siła jest taka sama jak ta, która byłaby spowodowana polem utworzonym przez przewodnik liniowy ułożony wzdłuż osi i w którym przepływa cały prąd (w eksperymencie Sandia: 20 milionów amperów).

To także sposób na obliczenie wartości pola zewnętrznego, z założenia, że można uznać to pole za utworzone przez druty o nieskończonej długości, co jest dalekie od rzeczywistości. Daje to więc tylko rzędy wielkości. Tym polu magnetycznemu towarzyszy ciśnienie magnetyczne, które, jeśli wyrażone w newtonach na metr kwadratowy, odpowiada również dżulom na metr sześcienny. Ciśnienie magnetyczne to gęstość energii objętościowej. Obliczamy tę, która zostanie utworzona przez nieskończony przewodnik liniowy.

Można, w pobliżu paku drutów, gdzie można w pierwszym przybliżeniu przyjąć tę metodę obliczania pola, obliczyć energię magnetyczną zlokalizowaną między cylindrem o promieniu r i cylindrem o promieniu dr

Niech rmin będzie minimalnym promieniem plazmy. Oczywiste, że nie ma sensu całkować tej wyrażenia od tej wartości do nieskończoności, ponieważ jest ono ważne tylko dla przewodników liniowych, których długość można uznać za nieskończoną. Ale, pisząc:

widzimy, że im bliżej osi systemu znajduje się pakiet atomów metali, tym większa jest energia w postaci ciśnienia magnetycznego w pobliżu obiektu. Haines widzi więc źródło energii, które może zwiększyć temperaturę jonów, którzy już przekonwertowali swoją energię kinetyczną na energię kinetyczną ruchu termicznego. Jeśli V to prędkość radialna jonów w momencie uderzenia, w "stagnacji", możemy ocenić tę prędkość termiczną, po prostu:

Użycie tej formuły oznacza, że "gaz żelazny jonowy" jest "termalizowany", że zdobył rozkład prędkości Maxwella-Boltzmana. Ale jak zauważy Haines później, czas relaksacji w tym środowisku jest bardzo krótki.

tii, czas relaksacji w środowisku jonowym: 37 pikosekundy (Haines)

Dodajmy, że sprzężenie energetyczne z gazem elektronowym jest również słabe. Ponadto, przekazana energia może być przekazana tylko w formie kinetycznej (energia ruchu termicznego jonów i elektronów). Ta prosta formuła jest więc ważna. W końcu, zakładając, że gaz jonowy nie jest zasilany innym źródłem energii, a zobaczymy później, że tak jest.

W tym przypadku, z prędkością 1000 km/s, można uzyskać rzeczywiście 2 miliardy stopni. Kiedy system w implozji przechodzi z konfiguracji "oddzielnych drutów" do konfiguracji "korytko plazmy"? Artykuł nie mówi. Z kanałem o promieniu 4 cm i czasem implozji 100 nanosekund, otrzymujemy średnią prędkość radialną 400 km/s, minimalną. Atom żelaza waży 9 10-26 kilogram, ale jeśli to prędkość jonów w momencie uderzenia, otrzymujemy 348 milionów stopni. To tylko średnia. Gdy piszemy równanie różniczkowe ruchu, mamy ogromne przyspieszenie na końcu. Należy również uwzględnić fakt, że rozładowanie nie ma stałego natężenia. I rośnie w czasie. Mamy:

M reprezentuje masę kanału na metr. Widzimy, że na końcu rozładowania i na końcu trasy przyspieszenie rośnie. Prędkość rośnie. Haines pisze:

There has been some difficulty in understanding how theradiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1– 4], and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and electron temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories [5,6] have been developedto explain the additional heating, but neither of these have addressed the pressure imbalance.

Wystąpiła trudność w zrozumieniu, jak energia promieniowana w implozji pincha z drutów może wynosić do 4 razy energię kinetyczną [1– 4], oraz jak ciśnienie plazmy mogłoby być wystarczające do zrównoważenia ciśnienia magnetycznego w stagnacji, jeśli temperatury jonów i elektronów byłyby równe. Faktycznie, teoretycznie nadmiarowe ciśnienie magnetyczne powinno nadal kompresować plazmę, prowadząc do całkowitego zapadnięcia się promieniowego. Niektóre teorie [5,6] zostały opracowane, by wyjaśnić dodatkowe nagrzewanie, ale żadna z nich nie mogła wyjaśnić tego nierównowagi ciśnień

Spójrz na cytowane referencje:

[1] C. Deeney i in., Phys. Rev. E 56, 5945 (1997).

[2] C. Deeney i in., Phys. Plasmas 6, 3576 (1999).

[3] J. P. Apruzese i in., Phys. Plasmas 8, 3799 (2001).

[4] C. A. Coverdale i in., Phys. Rev. Lett. 88, 065001

(2002).

[5] L. I. Rudakov i R. N. Sudan, Phys. Rep. 283, 253

(1997).

[6] A. L. Velikovich, J. Davis, J.W. Thornhill, J. L. Giuliani,

Referencja (1) sięga roku 1997. Zatem od tej pory ten nieobjaśniony zjawisk był już obserwowany. Deeney to dyrektor eksperymentów z maszyną Z. Nie przeczytałem tych artykułów. Jeśli ktoś mógłby mi wysłać je w formacie pdf, mógłbym je przejrzeć i dać dodatkowe komentarze.

Przejdźmy bezpośrednio do wniosków artykułu:

moc obliczeniowa

Wniosek, wydaje się, że krótkofalowe niestabilności MHD m = 0 w stagnacji w niskomasywnych implozjach zapewniają szybkie wiskozne nagrzewanie jonów do rekordowych temperatur przekraczających 200 keV. Takie temperatury zostały	zmierzone	, energia pochodzi z konwersji energii magnetycznej w skali czasu 5 ns. Jony nagrzewają elektrony, które natychmiast promieniują energię. Ponadto, rozszerzone linie widmowe wynikające z wysokiej temperatury jonów pozwalają na większą moc promieniowania z powodu zmniejszenia opasowości. Zaproponowany mechanizm daje prawdopodobne wyjaśnienie różnych zjawisk o fundamentalnym znaczeniu dla dynamiki pincha Z, w tym równowagi ciśnień w stagnacji, braku zapadnięcia promieniowego i znacznego nadmiaru promieniowania X.

Wniosek, wydaje się, że krótkofalowe niestabilności MHD m = 0 w stagnacji w niskomasywnych implozjach zapewniają szybkie wiskozne nagrzewanie jonów do rekordowych temperatur przekraczających 200 keV. Takie temperatury zostały

zmierzone

, energia pochodzi z konwersji energii magnetycznej w skali czasu 5 ns. Jony nagrzewają elektrony, które natychmiast promieniują energię. Ponadto, rozszerzone linie widmowe wynikające z wysokiej temperatury jonów pozwalają na większą moc promieniowania z powodu zmniejszenia opasowości. Zaproponowany mechanizm daje prawdopodobne wyjaśnienie różnych zjawisk o fundamentalnym znaczeniu dla dynamiki pincha Z, w tym równowagi ciśnień w stagnacji, braku zapadnięcia promieniowego i znacznego nadmiaru promieniowania X.

Wniosek: wydaje się, że krótkofalowe niestabilności MHD m = 0 występujące w warunkach zatrzymania w niskomasywnych implozjach powodują szybki viskozny nagrzewanie jonów do rekordowych temperatur przekraczających 200 keV. Takie temperatury zostały zmierzone, energia pochodzi z przekształcenia energii magnetycznej w skali czasu 5 ns. Jony nagrzewają elektrony, które natychmiast promieniują energię. Ponadto rozszerzone linie widmowe wynikające z wysokiej temperatury jonów będą mogły wywołać większą moc promieniowania dzięki zmniejszonej opałości. Zaproponowany mechanizm daje prawdopodobne wyjaśnienie kilku zjawisk o fundamentalnym znaczeniu dla dynamiki Z-pinch, w tym równowagi ciśnień w stanie zatrzymania, braku kolapsu promieniowego, znacznego nadmiaru promieniowania rentgenowskiego.

Równanie (1) artykułu jest cytowane jako "relacja Benneta", pochodząca z 1934 roku (wskazywana jako prezentowana w referencji (1)). Można ją odzyskać bez większych problemów. Prosto mówi, że ciśnienie magnetyczne równe jest ciśnieniu w plazmie. Ciśnienie magnetyczne jest podane wyżej. Całkowite ciśnienie w plazmie jest podane jako suma ciśnień częściowych stanowiących wkład

gazu elektronowego ne k Te
i gazu jonów ni k Ti

gdzie k to stała Boltzmanna.

Jeśli Z to stopień jonizacji

ne = Z ni

Jeśli ponadto te temperatury absolutne są wyrażone w elektronowoltach, a nie w stopniach Kelvina, z

k T = e V

to ciśnienie w plazmie wynosi:

ni e ( Ti + Z Te )

Widzimy pojawienie się drugiej strony "relacji Benneta". Wiadomo, że:

r to minimalny promień kabla plazmowego zainstalowanego wzdłuż osi. Bennet wprowadza wtedy liczbę jonów na metr kabla Ni.

Co daje (Bennet, 1934)

Ta forma jest interesująca, ponieważ minimalny promień kabla plazmowego nie wchodzi w grę. Dlaczego?

Gdy kabel plazmowy kurczy się, ciśnienie magnetyczne działające na niego rośnie jak odwrotność kwadratu jego promienia. Jednocześnie gęstość jonów również rośnie w ten sam sposób. To się kompensuje. Ciekawe jest to, że znaczna różnica między temperaturami jonowymi i elektronowymi nie zależy od końcowego promienia kabla plazmowego, który może być bardzo mały. Mamy równanie różniczkowe opisujące ewolucję promienia r plazmy w funkcji czasu:

Można obliczyć kształt krzywych (o ile dysponujemy prawem wzrostu prądu I(t), który jest "wejściem" problemu. Zasada, w maszynach Z ten wzrost jest niemal liniowy, chyba że się mylę). Spadek r nasila się. Chodzi o to, że prędkość implozji rośnie, gdy r maleje. Jeśli r stanie się zerem, prędkość implozji stanie się nieskończona. Ale pisząc to równanie zapomniano o czymś: sile ciśnienia, która opiera się na implozji. Należałoby to uwzględnić. W ten sposób problem jest trudniejszy niż się wydaje. To ciśnienie, które opiera się na implozji, zależy od temperatury jonowej. Nie możemy jej modelować, ponieważ zgodnie z Haines, jej wzrost zależy od zjawiska, którego nie potrafimy uwzględnić: nagrzewania plazmy przez mikroniestabilności MHD.

Wniosek: warto znać granice, gdy próbujemy modelować i przestajemy uwzględniać wszystkie parametry. Mamy wzór:

ale nie znamy prędkości V jonów na końcu implozji. Wprowadzenie średniej prędkości (promień kabla przez czas implozji) nie ma większego sensu, ponieważ prędkość rośnie na końcu implozji.

Haines odnosi się do konkretnego eksperymentu maszyny Z, Z1141, gdzie masa kabla na metr wynosiła 450 miligramów drutów stalowych (4,5 10-5 k/m), ułożonych w dwóch koncentrycznych pierścieniach, pierwszy o średnicy 55 mm, który miał dwukrotnie większą masę niż drugi, o średnicy 27,5 mm.

Nieco dalej Haines będzie używał wartości Ni (liczba jonów na metr) wynoszącej 3,41 1020. Masa atomu żelaza to 9 10-26 kg, jeśli podzielę 4,5 10-5 k/m przez tę masę, otrzymuję 5 1020. Ale zaznacza, że podczas implozji 30% masy "zostało stracone w drodze". Zatem otrzymujemy w przybliżeniu jego liczbę.

Wskazuje, że zmierzone temperatury elektronowe wynoszą 3 keV w momencie zatrzymania, czyli 35 milionów stopni. Podkreśla, że prąd wzrósł do 18 megampów w ciągu 100 nanosekund. Szacuje, że 30% masy "zostało stracone w drodze", ale 70% dotarło do celu. W rzeczywistości wynika to z wszystkich tych badań z kablamy drutowymi (dysertacja Bavay). Podczas kolapsu te druty "parują" jak komety w trakcie parowania. Pozostawiają "w swoim śladowi" ślad plazmy, którego masa może wynosić od 30 do 50% masy drutów.

Z Ni = 3,41 1020 jonów na metr i Z = 26 (żelazo), zastosujmy relację Benneta z jednostkowym ładunkiem elektrycznym e = 1,6 10-19 (kulomb)

mo = 4 p 10-7 MKSA

Obliczmy (Ti + Z Te):

co odpowiada 3,44 miliardom stopni. Gdy średnica kabla plazmowego przechodzi przez minimum, pomiar temperatury jonowej wynosi 270 keV, czyli 3,12 miliardów stopni. Biorąc pod uwagę zakres błędów, ten zgodność jest po prostu wspaniała.

26 czerwca 2006

Jak oszacować temperaturę jonową w układzie (J.P.Petit 27 czerwca 2006)

Zajmijmy się szczegółami wyprowadzenia równania różniczkowego opisującego dynamikę elementu kabla poddanego siły elektromagnetycznej radialnej. Zajmijmy się tym wszystkim. Łatwo można wykazać, że pole magnetyczne wytworzone przez rząd drutów ułożonych w cylindrze jest równoważne temu, które byłoby wytworzone przez pojedynczy drut ułożony wzdłuż osi i przez który przepływa cały prąd. Mamy:

Istnieje n drutów. W każdym drucie przepływa prąd I/n. Ten jest poddany sile Laplace'a, na jednostkę długości:

Oznaczmy M jako masę na jednostkę długości kabla. Dopóki drut nie zostanie wyparowany, równanie różniczkowe otrzymujemy, pisząc:

gdzie I zależy od czasu, oczywiście. Ale jest to dane z równania różniczkowego.

Zastąpmy teraz drut parą metaliczną. Dokładniej, zastąpmy cały system drutów cylindrem plazmy, "pinchem". Ten nadal przepływa prąd I. Na powierzchni możemy obliczyć pole B, zawsze z tej samej formuły. Ale możemy również uwzględnić siłę ciśnienia, która próbuje zatrzymać tę implozję. To ciśnienie to ciśnienie jonowe

Nie jesteśmy w stanie tego kontrolować, ponieważ zależy ono od energii przekazanej jonom w niejasny sposób, dzięki niestabilnościom MHD, zgodnie z Haines. Mamy siłę Laplace'a działającą na każdy "drut" lub każdy sektor plazmy, który odpowiadał sektorowi 2

/ n, który zajmował. Siła ciśnienia działająca na ten sektor na jednostkę długości to:

Można uzyskać równanie różniczkowe ruchu, pisząc:

Mamy:

wprowadzając do równania:

Ponieważ nie wiemy, jak zmienia się temperatura jonowa w czasie, ponieważ zależy ona od tego zewnętrznego dostarczenia energii, nie możemy iść dalej, chyba że spróbujemy oszacować wartość temperatury jonowej, gdy przyspieszenie jest równe zeru, w "warunkach zatrzymania", gdy przyspieszenie jest równe zeru, r" = 0. Otrzymujemy wtedy:

Widzimy, że ta temperatura jonowa (chodzi o rzędu wielkości w przybliżeniu), odpowiadająca "warunkom zatrzymania", zależy od kwadratu całkowitego prądu elektrycznego I i rośnie, gdy liczba jonów na metr maleje. Dlatego dla tej samej masy i tej samej geometrii kabla byłoby lepiej użyć cięższych atomów, jak sugerował dawniej z DAM (dział aplikacji wojskowych), np. złota, plastycznego, łatwego do obróbki, czterokrotnie cięższego niż stal nierdzewna. Z konfiguracją maszyny Z Sandia można było spodziewać się osiągnięcia temperatury dziesięciu miliardów stopni, używając drutu z złota.

Ale trzeba było, by wszystkie parametry były kontrolowane, czyli wiedzieć "dlaczego to zadziałało". Prędkość sublimacji materiału może odgrywać kluczową rolę. Im niższa, tym dłużej kabel pozostanie w formie drutów indywidualnych, utrzymując osiową symetrię. Jeśli prędkość sublimacji złota jest zbyt wysoka, zastąpienie stali nierdzewnej tym materiałem może z kolei dać gorsze wyniki. Ale w każdym razie trzeba spróbować. I oczywiście, trzeba spróbować z większymi intensywnościami. Co Amerykanie osiągną z ZR, który będzie generował 28 milionów amperów zamiast 20? Logicznie, temperatura jonowa powinna osiągnąć wyższe wartości. Może pięć miliardów stopni.

Jeśli się powierzymy tej formule, która pokazuje tendencję eksperymentu, jak parametry powinny wpływać na temperaturę jonową na końcu kompresji, to wskazuje, że z identycznym układem jak maszyna Z Sandia, generator Gramat nie będzie mógł przekroczyć 50 milionów stopni. Ale inne układy można rozważyć. Zobacz dalej.

26 czerwca 2006

Jak oszacować temperaturę jonową w układzie (J.P.Petit 27 czerwca 2006)

Istnieje n drutów. W każdym drucie przepływa prąd I/n. Ten jest poddany sile Laplace'a, na jednostkę długości:

Oznaczmy M jako masę na jednostkę długości kabla. Dopóki drut nie zostanie wyparowany, równanie różniczkowe otrzymujemy, pisząc:

gdzie I zależy od czasu, oczywiście. Ale jest to dane z równania różniczkowego.

= n

k T

/ n, który zajmował. Siła ciśnienia działająca na ten sektor na jednostkę długości to:

Można uzyskać równanie różniczkowe ruchu, pisząc:

Mamy:

wprowadzając do równania:

Wróćmy do formuły Benneta. W eksperymencie Sandia temperatura elektronowa Te zmierzona (zgodnie z promieniowaniem rentgenowskim) wynosi 3 keV. Z Z = 26 mamy:

Z Te = 78

Zatem ciśnienie nie pochodzi z gazu elektronowego! Pozostaje, aby zrównoważyć ciśnienie magnetyczne (relacja Benneta), ciśnienie jonów. Ale one musiałyby mieć temperaturę 219 keV, czyli ... 2,54 miliardy stopni! W rzeczywistości musi być:

Ti + 78 (zmierzone) = 296

Ale to nie wszystko. Przed tymi eksperymentami Sandia przeprowadzono eksperymenty z "gas puff" – "pochodniami gazu" wysyłanymi do środka systemu i kompresowanymi za pomocą kabla drutowego.

Jednak ten sam dyskryminujący problem równowagi ciśnień pojawia się w implozjach Z-pinch z "gas puff" [9], w których profile gęstości i temperatury zostały rzeczywiście zmierzone w stanie zatrzymania, ale które również mają niezbadaną wysoką zmierzoną temperaturę jonową 36 keV.

W każdym razie, ten sam problem równowagi ciśnień został znaleziony w eksperymentach Z-pinch z "gas puff", w których profile gęstości i temperatury zostały również zmierzone w warunkach zatrzymania, ale które również mają niezbadaną wysoką zmierzoną temperaturę jonową 36 keV (3 miliony stopni).

[9] K. L. Wong et al., Phys. Rev. Lett. 80, 2334 (1998).

Tutaj, jeśli czytelnik mógłby mi wysłać plik pdf referencji (9), przyjrzałbym się temu bliżej.

Haines wyklucza nagrzewanie rezystancyjne, proste efekty Joule'a, na które skierował się Yonas. Podaje na przykład, że aby ogrzać Z-pinch o średnicy 2 mm do 3 keV (3 miliony stopni), potrzeba 8 mikrosekund!

Nie widzi żadnego innego źródła energii, oprócz otaczającego pola magnetycznego. Proponuje więc odwołać się do nagrzewania jonów przez mikroniestabilności MHD o bardzo krótkich długościach fal, które mogą być następnie zrównoważone, nagrzewanie gazu elektronowego przez kolizje jon-elektron, a w końcu to prowadzi do emisji energii przez te same elektrony (klasyczne Bremmstrahlung, czyli promieniowanie hamowania, czyli interakcja z polem magnetycznym).

To, co następuje, odnosi się do natury tych niestabilności MHD. Przechodzimy do równania energii, które wygląda tak:

k to stała Boltzmanna, a neq to częstotliwość kolizji. CA to prędkość Halfvena, Cs to prędkość dźwięku, a to minimalny średnica plazmy. Ale Haines zapisuje to równanie inaczej, wprowadzając temperatury w elektronowoltach i zastępując tę częstotliwość kolizji jej odwrotnością, średnią czasem swobodnego przejścia teq.

W porównaniu z plazmami poza równowagą, takimi jak np. lampy neonowe w kuchni, zauważysz, że tym razem temperatura jonowa jest wyższa niż temperatura elektronowa (w lampie jest odwrotnie: ciepły gaz elektronowy, zimny neon). Poniżej znajduje się równanie dla środowiska poza równowagą, takiego jak prosta lampa neonowa.

Pierwszy człon reprezentuje nagrzewanie gazu elektronowego przez efekt Joule'a. J to wektor gęstości prądu, a s to przewodność elektryczna. Prawy człon z poprzedniego równania czyta się w następujący sposób. Mamy w mianowniku czas swobodnego przejścia elektronu w neonie, którego odwrotność to częstotliwość kolizji. Gdy elektrony przekazują energię jonom, robią to z trudnością i współczynnik, stosunek mas, pojawia się w równaniu.

Ale gdy jon uderza w elektron, skuteczność przekazu energii to jedność. Zatem ten współczynnik stosunku mas znika, albo raczej wynosi ... jedność. Haines produkuje następnie klasyczny wzór do obliczania częstotliwości kolizji elektron-jony. jesteśmy w "reżimie coulombowskim". W wyrażeniu znajdujemy skuteczną przekrój kolizji elektron-jony. Ci, którzy znają teorię kinetyczną gazów, rozpoznają to klasyczne wyrażenie.

Część dotycząca pochodzenia niestabilności MHD jest dość powierzchowna, zwłaszcza ponieważ parametr Halla jonów jest większy niż jedność.

To, co wpływa na ten parametr, to częstotliwość kolizji jon-jony.

Yonas napisał mi, że "teoria Hainesa dobrze wyjaśnia to stan poza równowagą", ale jestem tylko w połowie przekonany. Powiedzmy, że "wyjaśnienie" Hainesa jest bardzo embrionalne i sprowadza się do około dwudziestu linii. Zakłada, że te niestabilności wpływają na jony i powodują w tym środowisku nagrzewanie wiskozne.

Czytelnik zastanawia się, jak te niestabilności wyglądają i jak powstają. Rozpraszanie przez efekt Joule'a, na jednostkę objętości, to:

Zapropozowane niestabilności tworzą turbulencję gęstości prądu. Linie prądu się ściśniają, rozszerzają, ponownie się ściśniają, zgodnie z długimi falami, które Haines szacuje na mikrony lub dziesiątki mikronów. Są to mikroniestabilności. Jeśli lokalnie gęstość prądu rośnie, to towarzyszy temu wzrost pola magnetycznego, w przeciwnym kierunku. Jest to więc turbulencja elektromagnetyczna, typowa dla Z-pinch. Można znaleźć takie turbulencje w ... błyskawicy. Piorun nie trwa długo, ale zdjęcia, które można zrobić z piorunem w trakcie rozpraszania, pokazują krople plazmy, jedna za drugą. W tym przypadku gaz (powietrze) nie jest całkowicie zjonizowany. Gdy pincz robi się w wyładowaniu, gęstość prądu rośnie, temperatura elektronowa też. Wyładowanie pioruna to łuk elektryczny. Mechanizmy, które w nim zachodzą, są złożone. Zwiększenie intensywności prądu elektrycznego powoduje zwiększenie wydzielania ciepła przez efekt Joule'a. Nici plazmy rozszerzają się, itd...

Mikroniestabilności sugerowane przez Haines są "kuzynami" tych niestabilności. Występują mikropincze. Lokalna gęstość prądu rośnie, co następnie powoduje wzrost pola magnetycznego i ciśnienia magnetycznego wokół niego. Ten wzrost tendencji do pogłębiania pinczu. To podstawa samoniestabilności plazmy, tej elektromagnetycznej turbulencji. Może się wtedy dziać ... wiele rzeczy, które tylko obliczenia mogłyby teorizować, a Haines tego nie zrobił. Najmniej, co można powiedzieć, to że środowisko jest złożone. Załóżmy, że przed niestabilnościami zaczynają się nagrzewać jony plazmy, że dwie temperatury, elektronowa i jonowa, są równe, na przykład 20 milionów stopni. Występuje pincz. To prowadzi do wzrostu temperatury elektronowej. Czy to powoduje nowe ucieczki elektronów. Zależy od "czasu charakterystycznego jonizacji". Tu ponownie, dane, obliczenia. Ale, w przeciwieństwie do niestabilności Vélikhov, ta niestabilność dotyczy gazu jonów, przez "wiskozność". Fizycznie te pincze "wstrząsają" jony radialnie.

Udaję, że w tych plazmach prąd elektryczny to prąd elektronowy i nie jest spowodowany prądem jonów. Ta plazma jest połączona z elektrodami metalowymi. Gdy pincz występuje, wzrasta pole magnetyczne i siła Laplace'a, która jest najpierw poddana elektronom, które przekazują tę impuls jonom przez kolizje. Ta ściśnięcie pęczka linii prądu elektronowego tworzy pole elektryczne radialne, które działa na jony, przyciągając je. W tej niestabilności mamy zjawisko mikroturbulencji, które wpływa na gaz elektronowy, który w swoim czasie przekazuje te "wstrząsy" gazowi jonowemu. Czas charakterystyczny termalizacji w gazie jonowym jest bardzo krótki (37 pikosekundy).

Następnie pisze równanie energii, dotyczące gazu jonów, w pierwszym członie uwzględniając przekaz energii z wiskoznością z niestabilności;

Czas charakterystyczny, który znajduje się w mianowniku drugiego członu, to średni czas swobodnego przejścia jonów pod wpływem kolizji z elektronami. Jest to "czas równowagi", czas charakterystyczny równowagi temperatur jonowej i elektronowej. Haines szacuje go na "ok. 5 ns".

Zauważmy, że ten czas równowagi wpływa na stosunek (mi / me). Im dłuższy, tym mniej gazy jonowy i elektronowy są sprzężone. Dla jonów żelaza ten stosunek wynosi:

Oczywiście można się zapytać, czy podczas tego procesu można uznać rozkład prędkości w środowisku jonów za makswellowski. Haines uzasadnia to, podając wartość czasu relaksacji termalizacji tii w tym środowisku, który szacuje na 37 pikosekundy. Ponieważ ten czas jest krótki w porównaniu do czasu równowagi, Haines wnioskuje, że gaz jonowy jest termalizowany, makswellowski. Następnie korzysta z powyższego wzoru z wybranymi wartościami, co prowadzi do długości fal tych mikroniestabilności MHD w zakresie od setnej do dziesiątej części milimetra.

W tym wyrażeniu A to masa atomowa żelaza (55,8), a to minimalny średnica pinczu, I to prąd elektryczny przepływający przez kabel plazmy (nie mówimy już o kablu drutowym: te druty przekształciły się w plazmę).

Kluczowe zdanie brzmi:

Thus for stagnated Z pinches where

is significantly longer than a / c

the ion temperature will greatly exceed the electron temperature.

Tak więc, dla Z-pinch w warunkach zatrzymania, jeśli czas równowagi

znacznie dłuższy niż stosunek a / c

średnicy pinczu do prędkości Alfvéna, temperatura jonowa może znacznie przekroczyć temperaturę elektronową

Powracając do eksperymentu przyjętego jako odniesienie, Haines przyjmuje wartość średnicy kabla plazmowego wynoszącą 3,6 mm. Z tymi wartościami otrzymuje "wynik zgodny z wartością 219 keV dla temperatury jonowej (2,5 miliardy stopni Kelvina). Przypomina, że w eksperymencie Saturn (referencja 3) ten sam stosunek 3 do 4 został znaleziony dla stosunku energii termicznej jonów i energii kinetycznej pinczu, ale wtedy nie przeprowadzono pomiarów temperatur jonowych. Cała różnica polega na tym, że dzisiaj eksperymentatorzy mają takie pomiary, które zostaną szczegółowo omówione później.

To:

W rzeczywistości, bez tej dość sztucznej metody definiowania parametrów, programy komputerowe nie były w stanie modelować tych eksperymentów z dużymi średnicami. Symulacje 2D i 3D implozji kabla drutowego w ogólności [9] wymagają, jako parametrów wejściowych, znanie długości fali i początkowej amplitudy modów oraz wartości rezystywności "wakuum", zdefiniowanej jako miejsce, gdzie gęstość plazmy spada poniżej danej wartości. Ponadto nie ma obecnie symulacji uwzględniających wiskozność jonów (a jeszcze mniej, jeśli chodzi o pełny tensor napięcia) lub wystarczająco drobnej siatki, aby modelować krótkofalowe niestabilności zaproponowane tutaj. Często stosuje się procedurę ad hoc, aby uniknąć kolapsu promieniowego.

to, co ogranicza to wyjaśnienie nagrzewania jonów przez interakcję z poliem magnetycznym.

Pomiary temperatury jonowej przez rozszerzenie linii, wynikające z efektu Dopplera, zostały przeprowadzone, a także w czasie i za pomocą spektrometru z kryształem LiF znajdującego się w odległości 6,64 m od pinczu. Zobacz artykuł dla szczegółów technicznych dotyczących tego spektrometru. Poniżej widmo emisji:

W tym eksperymencie Z1141 użyto stali nierdzewnej, oprócz linii chromu i żelaza, które dominują, także linii manganu i niklu. Ocenę temperatury przeprowadzono, biorąc dla żelaza linię o energii 8,49 keV i dla manganu linię o energii 6,18 keV. Pomiar tych linii, mimo że słabsze, jest mniej narażony na opałość.

Później artykuł uzasadnia wiarygodność tych pomiarów temperatury, różnica była szacowana na 35 keV. Poniżej ewolucja temperatury, mocy promieniowania i średnicy pinczu w czasie.

Zauważymy, że błędy błędów związane z trzema pomiarami temperatur jonów żelaza nie są pokazane na wykresie. Jednak w artykule czytamy:

Błąd 35 keV przypisany jest pomiarom temperatury na podstawie niepewności pomiaru szerokości linii.

Błąd systematyczny 35 keV jest przypisany pomiarom temperatury, wynikający z niepewności dotyczącej oceny szerokości linii.

Autorzy po prostu zapomnieli je uwzględnić. Nie warto zapominać, że są sześciu. Albo jeden zajmuje się redakcją, a pozostali współpiszą, albo każdy pisze swój fragment, wtedy artykuł ma niewielki charakter krochmalowy. Czytelnik decyduje. Dlatego dodamy te błędy.

Widzimy, że punkty pomiarowe jonów żelaza znajdują się w błędzie pomiarowym jonów manganu i odwrotnie. Na wykresie temperatura jonów żelaza rośnie od 200 do 300 keV, ale ponieważ te pomiary się mieszają, nie zakładając różnicy temperatury (35 keV) między populacjami jonów żelaza i manganu (prawdopodobnie z racji dobrej wiedzy), autorzy podają wartości pośrednie od 230 keV (2,66 miliarda stopni Kelwina) do 320 keV (3,7 miliarda stopni). Jest to "ponad 2 x 109 Kelvin", "ponad dwa miliardy stopni" i nie tylko, ponieważ maksymalna wartość osiąga 3,7 miliarda stopni. Ponadto, z uwagi na kształt krzywej, nie byłoby niemożliwe, by zmierzyć wyższą wartość, gdyby w ponownym eksperymencie, w taki sam sposób, ustawiono cztery dostępne obrazy o 5 ns później. I jeśli ta temperatura, związana z nagrzewaniem jonów, które Haines próbuje uzasadnić, utrzymałaby się, nie byłoby to 2 miliardy stopni, które można rozważyć, ale... cztery (przypominamy, że w supernowach temperatura rośnie do 10 miliardów stopni).

W logiczny sposób, biorąc pod uwagę wiarygodność pomiarów temperatury, autorzy powinni byli nazwać: "Została osiągnięta temperatura 3,7 miliarda stopni", podając "rekordową wartość", ale zadowolili się jedynie stwierdzeniem "ponad dwa miliardy stopni". Dlaczego ta... ostrożność? Ponadto zauważmy, że:

Z 500 milionami stopni, bingo dla fuzji (niezanieczyszczającej) litu i wodoru
Z milionem stopni, bingo dla fuzji (niezanieczyszczającej) boru i wodoru
Z czterema miliardami, co? (specjalistom od jądrowych odpowiedz)
Jeśli kiedyś osiągniemy dziesięć miliardów, wtedy wszystkie reakcje syntez jądrowych prowadzące do atomów z tabeli Mendelejewa stają się możliwe. To znaczy cały zakres Genezy.

Zadzwoń do mnie, Bóg...

Ten sam wykres, rysując ewolucje w czasie, czarna krzywa średnia, wybrana w artykule.

Widzimy, że średnica plazmy przechodzi przez minimum tuż przed t = 110 ns. Mamy emisję promieni X przez około 5 ns. Zwróć uwagę na maksymalne wartości temperatur zarejestrowanych. 300 keV (3,48 miliarda stopni) dla jonów żelaza i 340 keV (3,94 miliarda stopni) dla jonów manganu.

Uwaga: wzór Benneta:

mo I2 = 8 p Ni ( Ti + Z Te )

daje (patrz wyżej) 2,5 miliarda stopni dla żelaza. Ten obliczenie odnosi się do eksperymentu Z1141 (18 milionów Amperów. Liner o masie 450 mg) oraz do rysunku 1. Jednak analizy i dane przedstawione w tym artykule odnoszą się do trzech eksperymentów (Z1141, Z1137 i Z 1386).

Moje komentarz:

Wróć do tytułu artykułu Hainesa: " over 2 x 109 Kelvin ", co oznacza " ponad dwa miliardy stopni ". Wcześniej te systemy osiągały milion i pół, dwa miliony stopni i więcej, nagle maszyna zaczyna się wyciągać. Czytelnicy mogliby zdziwić się brakiem emisji z węgla. Ale (wikipedia) stal nierdzewna austenityczna zawiera bardzo niewiele (mniej niż 0,15 %). Patrz ramka.

Stale austenityczne stanowią ponad 70% całkowitej produkcji stali nierdzewnych. Zawierają maksymalnie 0,15% węgla, minimalnie 16% chromu i wystarczającą ilość niklu i/lub manganu, aby zachować strukturę austenityczną w całej zakresie temperatur od zimnych, kriogenicznych do punktu topnienia stopu.

Stale austenityczne (szczególna struktura krystaliczna) stanowią 70% produkcji. Zawierają maksymalnie 0,15% węgla (...), minimalnie 16% chromu i wystarczającą ilość niklu i/lub manganu, aby zachować strukturę austenityczną we wszystkich temperaturach, od bardzo niskich, kriogenicznych, do punktu topnienia stopu.

Zaznaczono obie krzywe temperatury dla gazu jonów żelaza i gazu jonów manganu, które wydają się różne. Z jednej strony, przedział błędu podany dla manganu pozwala uznać, że te dwie temperatury mogą w rzeczywistości być bardzo zbliżone. Z drugiej strony, jon manganu, który ma prawie tę samą ładunek co jon żelaza (25 zamiast 26), jest dwa razy lżejszy (30 zamiast 58). Dlatego nie jest niemożliwe, że pod wpływem nieustaloności MHD te dwa gazy, mocno związane, mogą mieć między sobą (lekki: 12 %) efekt niesymetryczny i mają różne temperatury.

Haines: średnica plazmy osiąga swoją minimalną wartość 1,5 mm 2 nanosekundy przed maksimum emisji promieni X. Szacuje, że w momencie osiągnięcia tego maksimum gęstość i "równowagę" powinny być maksymalne (miałbym tendencję czytać "tendencję do równowagi").

Spróbujmy "powiedzieć" tym różnym krzywym. Co się dzieje?

Mamy cztery punkty pomiaru temperatury. Jeden jest wykluczony, dla żelaza, drugi, z powodu problemu pomiarowego. Ta niska liczba odpowiada wszystkiemu, co może zarejestrować system. To już niezwykłe, nie tylko posiadanie pomiarów temperatury, ale także pomysł na ich ewolucję w czasie. Mimo to nie mamy dostępu do wartości wcześniejszych niż t = 105 ns i późniejszych niż t = 115 ns.

Tekst mówi, że w momencie "przestanku" (spoczynku) plazmy temperatura elektronowa osiągnęła 3 keV, to znaczy 35 milionów stopni. Oznacza to, że w momencie, gdy ta temperatura jest maksymalna, nie wzrośnie więcej niż o setną część wartości osiągniętej przez maksymalną temperaturę jonową. Ponieważ moc wydzielana rośnie w silnym "pulsie", należy założyć, że przed t = 105 ns była znacznie niższa. Wydaje się, że ta temperatura zapada się, o czynnik 9, w kierunku 115 ns. Jednak zgodnie z prawem Stefana moc promieniowana zmienia się jak czwarta potęga temperatury. Zatem spadek jest w stosunku do czwartej pierwiastka z 9, czyli 1,73. . Co prowadzi do Te = 3 do 1,68 keV. Rysuję krzywą, w przybliżeniu:

Czarna krzywa zmiany temperatury elektronowej. Czerwona krzywa zmiany mocy promieniowanej (prawo Stefana).

W momencie t = 105 ns jony są już ciepłe (T rzędu 200 keV). Zatem ten mechanizm nagrzewania, który należy wyjaśnić, działa przed zatrzymaniem stanu promieniowania plazmy, który znajduje się w t = 110 ns.

Schematycznie: plazma implozuje. Bez tego dodatkowego źródła energii, które należy wyjaśnić, ale Haines myśli, że pochodzi z konwersji energii magnetycznej na ciepło, ta plazma by się całkowicie implozowała, jeśli temperatura jonów byłaby taka sama jak elektronów (mniej niż dwadzieścia milionów stopni przed t = 105 sekund).

Ale jony są zasilane tym dodatkiem. Temperatura jonów rośnie. Kopuła między gazem jonów a gazem elektronów odbywa się w "czasie charakterystycznym równowagi" teq, który Haine oszacował na 5 ns. Czas wzrostu temperatury elektronowej odpowiada więc tej liczbie (od 107 do 112 ns).

Haines mówi, że ten proces nagrzewania gazu jonów wystarcza do zrównoważenia ciśnienia magnetycznego i że "warunki zatrzymania" są rzeczywiście osiągane, ponieważ charakterystyczna prędkość, z jaką promień plazmy się zmienia, to tylko 15% prędkości termicznej jonów. Można oszacować prędkość termiczną jonów żelaza między minimalną a maksymalną wartością zmierzonej temperatury.

Dla temperatury minimalnej, 230 keV lub 2,66 miliarda stopni: < Vi > = 1066 km/s - Dla temperatury maksymalnej, 320 keV lub 3,7 miliarda stopni: < Vi > = 1258 km/s

Haines porównuje te wartości do "prędkości rozprzestrzeniania się" plazmy i mówi, że stanowi 15% tej wartości. Niezależnie od sposobu oceny, biorąc punkty na krzywej, nadal jest mniejsza niż prędkość termiczna, co wydaje się rzeczywiście wskazywać, że ciśnienie w plazmie zrównoważyło ciśnienie magnetyczne.

Po tym, średnica plazmy zaczyna rosnąć ponownie. Dlaczego? Ponieważ nagrzewanie jonów nadal trwa. Można spróbować obliczyć tę ekspansję.

Jedna rzecz, której nie rozumiem w tej chwili: dlaczego temperatura elektronowa spada, skoro gaz elektronowy powinien nadal otrzymywać energię z gazu jonów, który nadal się nagrzewa, przynajmniej w dostępnej nam ramce czasowej.

Uwaga: jaka jest prędkość termiczna w gazie elektronowym podniesionym do 3 keV (35 milionów stopni).

Załóżmy, że jesteśmy w stanie przepuścić 18 milionów amperów przez przewód plazmy o średnicy półtora milimetra. Jaka jest wartość pola magnetycznego przy kontakcie z plazmą i odpowiadająca wartość ciśnienia magnetycznego? (modulo założenia, że traktujemy przewodnik jako nieskończony, oczywiście)

27 czerwca 2006: **W Francji, ciekawa idea. **

W innym temacie poświęconym maszynom magnetycznym, inspirowanym maszynami radzieckimi z lat pięćdziesiątych, widzieliśmy zasadę działania maszyny MK-1. Później ludzie eksperymentowali z cylindrycznymi, a nie stożkowymi linerami. Otrzymujemy "efekt pustej ładowki". Masa lineru, zbierając się na osi, powoduje powstanie strzały wyrzucanej z dużą prędkością. Myślę, że osiągnięto prędkości 80 km/s. Należy sprawdzić. W każdym razie, jak mi zauważył Violent, można rozważyć Z-maszyny z linerami z drutów, a nie cylindrycznych, ale stożkowych. Można wtedy spodziewać się, że w ten sam sposób otrzymamy efekt pustej ładowki. Różne konfiguracje można wyobrazić sobie. MHD to teren, na którym znajdują się najbardziej kreatywne rozwiązania. Poniżej jest montaż złożony z dwóch stożków mających wspólną podstawę. Jeśli oba strzały plazmy powstaną i wchodzą w kolizję, można uzyskać wyższe temperatury, nawet z maszyną taką jak ta z Gramat.

Nie można zrobić nic innego niż ten rysunek. Można rozważyć symulacje i, oczywiście, eksperymenty.

Jest inna idea, która pojawia się: przesuwać liner na dwuskładniku. Ta idea nie jest nowa. Oto rysunek, odpowiadający ciągłemu linerowi:

implozja na dwuskładniku

**Wystarczy przekształcić, z linerem z drutu. ** ---

**16 lipca 2006. Jaka jest wartość parametru Hall bi = Wi tii dla jonów? **

Haines, w swoim artykule, mówi, że jest większa niż jedność. Ten parametr to stosunek gyrofréquencji do częstotliwości kolizji. Zgodnie z Hainesem, ta częstotliwość kolizji jonowej to głównie częstotliwość kolizji jon-jon. Jej odwrotność, czas relaksacji tii ****, podany jest jako 37 pikosekund. To daje częstotliwość kolizji:

nii = 3 1010

Gyrofréquencja to:

gyrofréquencja jonów

To daje wartość bi = 0,258 Z dla parametru Hall jonów, Z to ładunek jonowy (maksymalnie 26, jeśli jon jest całkowicie obojętny). Zatem, jak mówi Haines, parametr Hall jest większy niż jedność. Wielki problem dla teoretyków, którzy jesteśmy.

laplace

Dodatkowa informacja (źródło: http://www.sandia.gov/pulsedpower/prog_cap/pub_papers/023862p.pdf)

Charakterystyczny profil prądu w Z-machine:

To krótka fala prądu (100 nanosekund) pozwoliła uzyskać te wyniki na maszynie Sandia. Okazało się, że sublimacja drutów była wolniejsza niż przewidywano. W ten sposób ta struktura "liner z drutów" mogła utrzymać się podczas implozji, zachowując osiową symetrię, która natychmiast zanika, gdy obiekt, przekształcony w płomień plazmy, zaczyna się skręcać pod wpływem niestabilności MHD. Gdy próbuje się zimplozować cylindryczny metalowy liner, otrzymuje się w przybliżeniu to, co by się wydarzyło, gdyby próbował zgnieść cylinder papieru w dłoni. Myślę, że Francuzi (maszyna Sphinx, artykuł prezentowany w sierpniu 21006 na konferencji w Tomsku, Syberia, minimalny czas wzrostu: 800 nanosekund) nie zrozumieli, że ten aspekt jest kluczowy, co natychmiast powiedział mi Yonas przez e-mail w 2006 roku.

17 lutego 2008: Uwaga dotycząca reakcji ubocznych związanych z wzorem B11 + H1

Bor ma 5 ładunki elektryczne, wodór ma jeden. Węgiel ma 6, a azot 7.

Ochładzanie radiacyjne plazmy odbywa się przez promieniowanie hamowania. Moc wydzielana zmienia się jak kwadrat ładunku elektrycznego. Moc wydzielana w promieniach X przez elektron wirujący wokół atomu boru jest więc 25 razy większa niż ta utracona w wirującym wokół atomu wodoru (ciężkiego lub lekkiego, liczy się tylko ładunek).

B11 + H1 daje C11 + n + 2,8 MeV

Czas życia węgla C11: 20 minut. Można bezpiecznie otwierać komorę 10 godzin po zakończeniu działania

B11 + He4 daje N11 + n + 157 keV

Ochrona: 20 cm boru B10 lub 1 metr wody.

Radioaktywność indukowana w elektrodzie z berylu: 5 mikrocurie rocznie (dane: kondensacja Lerner)

Zgodnie z Lernerem, w tej impulsowej fuzji używa się niestabilności MHD. Jego opis mechanizmów jest następujący. Rozładowanie elektryczne "w parasol" najpierw daje kondensacje plazmy porównywalne "z pływakami tego samego parasola". Następnie te wątki się zwijają wzdłuż osi, tworząc cordon plazmy. Ten cordon, z powodu niestabilności Kink, konfiguruje się "jak cordon telefonu spiralnego". Następnie w tej samej strukturze powstają "plazmoide samoutrzymane" - ciepłe punkty o bardzo małym objętości, mniejszej niż mikron sześcienny. W tych plazmoidach pole magnetyczne ma topologię toroidalną. Nowe zgniecenie wzdłuż osi tego plazmoidu-kropli. I to, mówi Lerner, są reakcje fuzji.

18 marca 2008: Komentarz po wydaniu artykułu w magazynie Science et Avenir.

Redaktor David Larousserie opublikował artykuł pt. "Dzieła Z-machine" w numerze marca 2008 magazynu, w którym pracuje: Science et Avenirs. Zadzwonił do mnie, pytając, gdzie mogłem przeczytać, że eksperymenty Sandia w 2005-2006 pozwoliły przekroczyć, nie dwa miliardy stopni, ale trzy. Przeprowadziłem go do artykułu Hainesa z 24 lutego 2006 r., rysunek 3, gdzie jasno podano, że temperatura jonowa wzrosła od 230 do 320 keV. Z zastrzeżeniem, 320 keV odpowiada temperaturze 3,68 miliarda stopni.

Nie porusza w swoim artykule możliwości fuzji bez neutronów boru i wodoru, ograniczając się do techniki holraum. Zazwyczaj ta osiągnięcie temperatury jest bardzo źle przyjmowane w środowiskach związanych, bliżej lub dalej z projektem ITER, gdzie preferuje się zachowanie tej perspektywy w cieniu, aby zredukować Z-machine do aplikacji głównie wojskowych. W rzeczywistości, jeśli kiedykolwiek się wykaże, że przyszłość fuzji przechodzi przez bardzo wysokie temperatury (miliard stopni), technologia Tokamak nie będzie mogła już nadążyć.

W swoim artykule Larousserie opowiada, co mógł zapamiętać z rozmów z Alexanderem Chuvatinem z Laboratorium Fizyki i Technologii Plazmy (LPTP) École Polytechnique. Przekazuje te słowa, które cytujemy:

*- Nie należy się spieszyć w kwestii tych temperatur. Istnieją tylko przez zbyt krótkie chwile i są lokalizowane w niesprzyjających obszarach. To uniemożliwia fuzję, która wymaga zarówno dużej gęstości materii, długiego czasu zatrzymania i wysokiej energii. *

Zgodnie z Larousseriem, Chuvatin powiedział, że zaproponował wyjaśnienie anomali, które Haines wskazał na początku swojego artykułu. Cytuję, co podkreśla Haines:

There has been some difficulty in understanding the radiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1,4] (daty odniesień wskazują na lata 1997-2002, co oznacza, że ten problem nie jest nowością),* and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and ion temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories have been developped to explain the additional heating, but neither of these have adressed the pressure imbalance. *

Przyznaję, że nie bardzo rozumiem stwierdzenie Chuvatina. Wartość to to, co wynika z wzoru Benneta, który po prostu mówi, że ciśnienie plazmy równoważy ciśnienie magnetyczne. Jest on podany w artykule Hainesa i szczegółowo omówiony w sposób (ultra-jasny):

formuła Benneta

Haines jasno podkreśla, że aby plazma nie była zgnieciona, temperatura musi wynosić 296 eV. Co nowego w artykule z 2006 roku to to, że ta temperatura jonowa, wcześniej wyznaczona tym wzorem, została zmierzona za pomocą rozszerzenia linii i potwierdzona. Artykuł Hainesa jest w tym względzie bardzo jasny.

To, co sugeruje komentarz Chuvatina, to że te bardzo wysokie temperatury "mogą interesować tylko bardzo małe, niestabilne obszary". Myślimy wtedy o "ciepłych punktach" eksperymentów Lerner, związane z samoutrzymanymi plazmoidami o mikrometrowej wielkości. Jeśli to była myśl, oznaczałoby to, że tylko bardzo małe objętości plazmy byłyby związane z takimi wysokimi temperaturami. Ale nie warto zapominać, że temperatura to także gęstość energii, w dżulach na metr sześcienny. Jeśli ta temperatura dotyczyłaby tylko bardzo małych części plazmy, w objętości i masie, to ciśnienie musiałoby wynikać z oceny średniej gęstości energii. A wzór Benneta nie byłby spełniony.

Wydaje się prostsze, biorąc pod uwagę, że pomiar temperatury za pomocą spektroskopii jest w doskonałym zgodzie z wzorem Benneta, stwierdzić, że ta podwyżka temperatury ma duże szanse dotyczyć całej masy cordonu plazmy, a nie niewielkich ciepłych punktów.

Co do realizacji fuzji: nie jesteśmy na tym etapie, mimo że fuzja D-T jest już rozważana w USA. Jednak niezaprzeczalnie, że Z-pinche, takie jak Z-machine, reprezentują bardzo ciekawą ścieżkę w porównaniu do takich ciężkich i problematycznych kierunków jak ITER czy MEGAJOULE, a jednocześnie są o dwa rzędy wielkości tańsze i bardzo elastyczne. Niestety, od publikacji artykułu Hainesa upłynęły dwie lata bez jakichkolwiek reakcji w Francji, z wyjątkiem kontynuacji eksperymentów na manipulacji Sphinx, która nam nie wydaje się odpowiadać, zarówno pod względem materialnym, jak i ludzkim, znaczeniu wyzwania: fuzja bez neutronów!

16 lutego 2009: Po wielu wymianach z fizykami plazmy i ludźmi pracującymi nad Z-pinches, wynikają następujące wnioski :

Te środowiska są nadal słabo znane. Z ogólnej opinii, te plazmy byłyby bardzo turbulenty, być może siedzibą mikroturbulencji. Istotne jest wytłumaczenie, skąd pochodzi energia promieniowana w postaci promieni X, która jest czymś konkretnym, mierzonym, i przekracza trzy do pięciu razy energię kinetyczną zgromadzoną przez jony metali podczas ich ruchu w kierunku osi systemu. Jak widzieliśmy, Malcom Haines odwołuje się do niestabilności MHD, bez ich opisywania. Następnie używane jest słowo spheromaks, elementy samoutrzymane, które powstają w wyniku tej niestabilności, i obejmujące zamknięcie linii pola magnetycznego na siebie, zgodnie z geometrią toroidalną. Wymiary tych obiektów: hipotetyczne. Ludzie takich jak Lerner (eksperymenty Focus) używają słowa ciepłe punkty. Pomiary wykonane nie wykazały wystarczającej rozdzielczości przestrzennej i czasowej, aby wykazać te zjawiska.

Haines oszacował nagrzewanie przez efekt Joule i doszedł do wniosku, że jest ono niewystarczające, aby uzasadnić zmierzoną podwyżkę temperatury. Ale jak zrozumieć ten tajemniczy wymianę energii między cordonem plazmy a tym, co go otacza, gdzie panuje ciśnienie magnetyczne 90 megabara, odpowiadające polu magnetycznemu 4800 tesli? Gdy Haines szacuje rozpraszanie przez efekt Joule, opiera się na plazmie jednorodnej. Pole elektryczne porusza ładunki. Postęp tych ładunków jest przeszkadzany przez kolizje z wszystkim, co w plazmie może stanowić przeszkodę. W obliczeniach Hainesa mamy do czynienia z jonami różnych gatunków obecnych w plazmie, ich skuteczna powierzchnia kolizji rośnie jak kwadrat ich ładunku elektrycznego.

Turbulencja sprawia, że środowisko jest niejednorodne, na różnych skalach. W mechanice płynów, turbulencja jest bardziej rozpraszająca niż laminarne rozpraszanie. Weźmy przykład profilu skrzydła samolotu. Gdy turbulencja się włącza, opór tarcia na powierzchni rośnie. Warstwa graniczna zwiększa swoją grubość. W jej wnętrzu zjawiska rozpraszające wydzielają więcej ciepła. I wszystko to dzieje się poprzez zjawiska mikroturbulencji, niewidoczne gołym okiem.

Istnieje analogia, gdy myślimy o plazmie. Przepływ prądu elektrycznego, zakładany w ocenie Hainesa jako jednorodny (prosta hipoteza pracy!), przestaje być laminarny. Obszary mikroinstabilności MHD stają się przeszkodami dla przepływu prądu. Zauważono początkowo zwiększoną oporność przez Christiana Nazeta. Ale ponadto powstanie takich spheromaków wiąże się z chaotycznym rozkładem temperatury. To pomysł Lerner. W plazmie, której temperatura jest globalnie niższa niż krytyczna temperatura fuzji i warunki Lawson nie są ustalone (na poziomie makroskopowym), te warunki mogą wystąpić w sposób chwilowy w tych małych obiektach, których czas życia nie jest znany z góry.

Okazuje się, że spędziłem cały dzień na łodzi, ponad trzydzieści lat temu, z astrofizykiem Fritzem Zwicky, twórcą koncepcji supernowej w 1931 roku. Nagle przypomniałem sobie jego hipotezę "kobietek jądrowych", spheromaksy przed literą, które wyobrażał sobie, że powstają w centrum Słońca, przez niestabilności MHD i o których mówił mi podczas tej wycieczki na morzu.

Wróćmy do Z-pinches. Musimy wziąć energię gdzieś. Mamy do dyspozycji energię magnetyczną obecną wokół cordonu plazmy. Pamiętajmy, że ciśnienie (w tym przypadku ciśnienie magnetyczne) to gęstość energii na jednostkę objętości. Jeśli nastąpi przekazanie tej energii do cordonu plazmy, nastąpi w konsekwencji utrata tej energii elektromagnetycznej. Nie ma tu żadnej "magii". Mikroinstabilności, które powstają w plazmie, zwiększają jej oporność, tworzą dodatkowe rozpraszanie i, zmniejszając natężenie prądu, zmniejszają jednocześnie wartość pola magnetycznego panującego poza cordonem. Wzajemne połączenie.

Znam dobrze instabilitę elektrotermiczną (Vélikhov). To typ turbulencji dwutemperaturowej plazmy, który się przejawia dużymi fluktuacjami temperatury elektronowej. Z jednej strony, struktury plazmy w formie miliowego, z naprzemiennymi strefami silnie i słabo jonizowanymi, niszczą wydajność generatorów MHD. Z drugiej strony pokazuje, jak niestabilność MHD może tworzyć lokalnie (tutaj w warstwach płaskich) obszary cieplejsze, bardziej jonizowane (zjawisko jest silnie nieliniowe). Hipoteza powstawania ciepłych punktów odnosi się do innego schematu powstawania mikroinstabilności, tym razem w 3D. W tych bardzo nieliniowych zjawiskach, wybiegi temperatury i gęstości mogą być duże. Dlatego możliwe są reakcje "mikrofuzji".

Dlatego wczesne wnioski, że z systemami takimi jak Z-machine jesteśmy "bardzo daleko od możliwości realizacji fuzji", są przedwczesne. Jeśli rozważamy plazmę jednorodną: tak.

Przejdźmy do kwestii pomiaru temperatury. Po pierwsze, co to jest temperatura? W teorii kinetycznej gazów to miara średniej energii kinetycznej dla danej gatunku. Środowisko może składać się z różnych gatunków, każdy z własną temperaturą. Te temperatury mogą znacznie różnić się. W lampie fluorescencyjnej to temperatura elektronowa jest znacznie wyższa niż temperatura jonów i neutralnych. Mówimy wtedy o nie-termicznej jonizacji (gdzie energia jest dostarczana przez pole elektryczne, które przyspiesza elektrony. Gdy to pole zostanie wyłączone, elektrony tracą energię przez kolizje: gaz elektronowy się ochładza, a jonizacja znika.

Następnie należy obliczyć częstotliwość kolizji elektron-gaz. Jej odwrotność staje się czasem relaksacji. W rzeczywistości, jeśli zostawimy dwutemperaturowy system samemu sobie, równowaga nastąpi w tempie kolizji.

Pełna równowaga termodynamiczna to równość wszystkich temperatur na wspólnej wartości i fakt, że rozkłady prędkości każdego gatunku przyjmują postać rozkładu Maxwella-Boltzmana (krzywa Gaussa). Plazma Z-machine jest w stanie odwrotnego niesprzyjającego równowagi, ponieważ gaz elektronowy jest chłodniejszy niż gaz jonowy. Jeśli zignorujemy przepływ energii związany z niestabilnościami MHD do modelowania (mikroturbulencja plazmy), energia do uwzględnienia to kinetyczna. Siła Laplace'a działa na druty nierdzewne, wpychając je jeden w drugi, w końcu do 400 km/s. Ta siła działa na elektrony. Prąd płynący w drutach jest elektryczny, a nie jonowy. Elektrony niosą ze sobą jony. Nie można rozdzielić tych populacji, jak bardzo dobrze połączone małżonki, z odległości przekraczającej odległość Debye'a. Wynikiem jest, że jony i elektrony zbierają się w pobliżu osi symetrii z tą samą prędkością. Ale ich energie kinetyczne są różne. Lekkie cząstki niosą mniej energii.

Haines ocenia różne czasy relaksacji, związane z różnymi typami możliwych kolizji.

- Istnieją kolizje elektron-elektron

- Kolizje jon-jon

- Kolizje elektron-jon

Przekaz energii między dwiema cząsteczkami o różnych masach jest proporcjonalny do stosunku masy lżejszej podzielonej przez masę cięższej. W obrębie tej samej gatunku, te wymiany energii są maksymalne, ponieważ ten stosunek wynosi jedność. Haines szacuje czas relaksacji na 37 pikosekund. Krzywe podają czas uwięzienia plazmy na kilka nanosekund (około pięciu). Nie wiem, jaki jest czas pomiaru temperatury za pomocą rozszerzenia linii. Musi być to powiedziane gdzieś w artykule Hainesa. Porównując czas relaksacji w obrębie tej samej gatunku (elektrony-elektrony lub jony-jony), ten czas jest o jeden rząd wielkości większy od czasu relaksacji. To wystarcza, by stwierdzić, że gatunki jonowe mogą być opisane funkcją Maxwella-Boltzmanna.

Pomiar za pomocą rozszerzenia linii średniej uśrednia efekt Dopplera-Fizeau według "linii widzenia", jak mówią astronomowie, czyli według rozkładu radialnego. I oto kolejna możliwość odstępstwa od równowagi termodynamicznej: anizotropia. Ale powiecie mi, czy gaz może mieć "kształt termiczny" różny w zależności od kąta, pod jakim go obserwujemy? Tak się dzieje za falą uderzeniową, prawdziwym "uderzeniem młota", które przekazuje atomom impuls początkowo prostopadły do fali, a następnie szybko "termalizowany", ten wzrost prędkości zostaje rozdzielony we wszystkich kierunkach w kilku zderzeniach. Tutaj również można rozważyć czas relaksacji. Zdaje się, że ta anizotropia powinna być zaniedbywalna. Ale znowu, każda konkluzja opiera się na założeniach dotyczących natury badanego środowiska, na mikroskali. On dodaje jeszcze pole magnetyczne i jego lokalne i czasowe fluktuacje, cześć!

Jaka wiarygodność może być przypisana tym pomiarom temperatury za pomocą rozszerzenia linii? Czy mierzymy temperaturę podzbioru: tych... ciepłych punktów? Wiadomo, że moc promieniowania podlega prawu Stefana, która rośnie jak czwarta potęga temperatury źródła. Dylemat.

To tutaj należy się odwrócić do równania Bennetta, nieimplozji kordy plazmy. Jego promień przechodzi przez minimum. W tym konkretnym momencie ciśnienie jonowe musi zrównoważyć ciśnienie magnetyczne, co wspiera temperaturę 300 keV. Weźmy manometr. Podaje nam wartość ciśnienia, integrując bardzo dużą liczbę zderzeń cząsteczek z jego powierzchnią. Tam nie mówimy już o prawie Stefana. Ciśnienie w mieszaninie to suma ciśnień częściowych. A ciśnienie to także gęstość energii na jednostkę objętości. Jeśli równanie Bennetta daje nam 300 keV, oznacza to średnią wartość energii cząsteczek. A ta odpowiada ponad trzy miliardy stopni Kelwina, ciepłe punkty czy nie ciepłe punkty.

Wiem, że to wszystko jest dość zmylające. Weźmy przykład rurki fluorescencyjnej. Gaz chłodny, elektrony ciepłe. Wykonajmy pomiar temperatury za pomocą spektroskopii (w rurce fluorescencyjnej światło jest emitowane nie przez gaz, ale przez warstwę fluorescencyjną pokrywającą wnętrze obudowy). Emisja gazu znajduje się w zakresie ultrafioletu. Czy stwierdzimy, że ten gaz ma temperaturę 10 000 °? Nie, to elektrony mają tę temperaturę. Gdyby nie równanie Bennetta, moglibyśmy być skłonni myśleć, że nasz pomiar temperatury za pomocą rozszerzenia linii jest zniekształcany.

Wszystko to prowadzi do wniosku, że jest dużo do zrobienia. Zasugerowałem (vox clamat in deserto) opracowanie projektu europejskiego Z-pinch. Jeśli LMJ nie da oczekiwanych wyników, trzeba będzie szybko przejść do czegoś innego, czyli do mniej kosztownego.

Ostatnia uwaga.

Kiedy byłem na konferencji o wysokich mocy impulsowych w Wilnie, Litwa, w sierpniu 2008 (gdzie przedstawiłem trzy komunikaty, zob. http://www.mhdprospects.com), od razu, od pierwszego dnia, zetknąłem się z Amerykanami Matzenem i Mac Kee, pierwszy odpowiadał za manipulację ZR w Sandii, a drugi był jego zastępcą. Byłem bardzo zaskoczony, gdy ujrzeli oni od razu uśmiech, gdy zapytałem ich o ZR i od razu powiedzieli:

- Artykuł Hainesa z 2006 roku? Pomylił się, temperatury były niższe, co najmniej o jeden rząd wielkości! - Ale są jeszcze te silne rozszerzenia linii spektralnych .... - Izraelec, Yitziak Maron, ponownie to wszystko przeanalizował i doszedł do wniosku, że Haines źle zinterpretował te widma. - Czy to zostało opublikowane? - Nie, nie zrobiono tego, żeby nie zawieść tego dobrego Malcoma (...)

W nocy, gdy insystowałem, Mc Kee stanął przed konsolą i powiedział:

*- Wyślę Maronowi maila, przed Tobą, a jutro będziemy mieli jego wyjaśnienia. *

Następnego dnia spotkałem się z Mc Kee:

- No, te wyjaśnienia Marona? - Hmmm... preferowalibyśmy nie publikować tego na razie; - Ale przynajmniej pozwolisz mi przeczytać jego maila ..... - To że... odpowiedział przez telefon (....)

Nastąpiły niejasne i niewprawne wyjaśnienia.

Dwa dni później Matzen prezentował postęp w ZR, skupiając się na prostych aspektach technologii, z użyciem pięknych zdjęć. Tam dowiedziałem się, że eksperymenty uzyskiwania lodu VII nie były uzyskiwane przez kompresję implozyjną, ale przez kompresję* eksplozyjną*, z innym schematem eksperymentalnym, gdzie prąd obieguje jak "parasol", czyli z doprowadzeniem wzdłuż osi masowej i powrotem przez powłokę z drutów, przy której umieszczono materiał do kompresji, na zewnątrz. Nic wspólnego z wcześniejszymi eksperymentami. Na końcu jego wystąpienia zapytałem o mikrofon i powiedziałem:

Mieliśmy, w poprzednich dniach, dyskusję, w której podważyłeś analizę Hainesa pomiarów temperatury przeprowadzonych na Z-machine, za pomocą spektroskopii i opublikowanych w 2006 roku w Physical Review D. Według Ciebie temperatura jonów była co najmniej o jeden rząd wielkości niższa. Powiedziałeś, że Yitziak Maron, z Instytutu Weisman w Jerozolimie, doszedł do tego wniosku. Ponieważ to ważne, możesz nas oświecić?

Matzen:

- Hmmm.... to dobre pytanie

Potem minuta milczenia, która została przerwana przez przewodniczącego sesji.

Wróciwszy do Brukseli, wysłałem maila do Izraélitę Maron, który odpowiedział niejasnie, nie odpowiadając na moje pytania, mówiąc najwyżej dobrze o Hainesie. Powiedział, że wkrótce dołączy do Sandii.

Wysłałem inny mail Geroldowi Yonasowi, dyrektorowi naukowemu Sandii, który natychmiast odpowiedział bardzo krótko.

*- Tak, to też dla mnie tajemnica. Zapytam Matzena, by wyjaśnił tę historię. *

Od końca października 2008 roku, cisza.

18 lutego 2008: O fusionie aneutronowej

W reakcji fuzji, dwa jądra muszą być zbliżone do wystarczająco małej odległości, aby mogła nastąpić reakcja jądrowa. Fizyka jądrowa jest w tym punkcie podobna do świata chemii. Radioaktywność, naturalna lub wywołana, po prostu oznacza, że jądra są niestabilne. Fuzja to reakcja rozpadu spontanicznego dająca jądra o mniejszych masach niż to, z którego pochodzą. W rozpadach uranu 235 lub plutonu 239, produkty tej spontanicznej dekompozycji mają masy zbliżone do połowy masy początkowego jądra.

Występuje emisja neutronów, które mogą, wchodząc w kolizję z innymi jądrami U235 lub Pu 239, wywołać nowe rozpadnięcia, fuzje wywołane przez te kolizje. Można wtedy mówić o autokatalitycznym rozpadzie. Jądra mają skuteczną sekcję pochłaniania. Znając ją, można obliczyć krytyczną masę. To masa kuli, której promień jest w przybliżeniu równy średniej drodze swobodnej neutronu w odniesieniu do jego kolizji z jądrem materiału rozszczepialnego.

Można zmniejszyć tę masę krytyczną, zwiększając gęstość jąder, przez kompresję, która w bombach jest zapewniana przez wybuch chemiczny.

Niech dany będzie gaz o temperaturze bezwzględnej T. Jeśli ten materiał jest silnie kolizyjny (czyli jeśli materiał znajduje się w bardzo zbliżonym stanie równowagi termodynamicznej z rozkładem Maxwella-Boltzmana), to średnia wartość prędkości termicznej tych elementów będzie dana wzorem poniżej. Niektóre rysunki i wzory pozwalają zrozumieć, w sposób schematyczny, pojęcie skutecznej sekcji kolizji (prowadzącej tutaj do reakcji jądrowej) i częstotliwości kolizji (reakcji jądrowej rozważanej). Tutaj zmniejszamy prędkość jonów m do średniej wartości . Przyjmujemy, że wszystko, co jest przesiewane w "sieci" złożonej z sekcji skutecznej, prowadzi do prawdopodobieństwa reakcji równej jedności, a dla tego, co poza tym, to prawdopodobieństwo jest zerowe.

częstotliwość kolizji

**Częstotliwość kolizji, czas charakterystyczny reakcji **(fuzja)

Ale nie wystarczy, że częstotliwość kolizji jest wystarczająca, że czas charakterystyczny reakcji jest mniejszy niż czas uwięzienia. Musi również być wystarczająco wysoka temperatura jonów, aby mogli one, poruszając się z prędkością skupioną wokół średniej , pokonać barierę kulombowską, odpychającą, która przeciwdziała zbliżeniu się dwóch jonów naładowanych dodatnio. To prowadzi do temperatury dla mieszaniny deuterium-tritium D-T w zakresie 100-200 milionów stopni, temperaturę, którą fizycy oceniają najczęściej w kilo-elektronowoltach, keV, według wzoru

e V = k T

e to ładunek elektryczny elektronu, czyli 1,6 10-19 kulomb

k to stała Boltzmanna = 1,38 10-23

Tak więc jeden elektronowolt odpowiada (e/k) stopniom Kelwina, czyli 11 600 ° K

Ponieważ rozważamy rzędy wielkości, przyjmujemy, że jeden eV, elektronowolt, odpowiada temperaturze 10 000 ° K. Zatem ta temperatura jonowa powinna się mieścić między 10 a 20 keV.

Aby reakcje fuzji mogły zacząć się, muszą być spełnione warunki Lawsona.

obliczenie Lawsona

Ta funkcja L zależy od temperatury plazmy. Skuteczna sekcja Q(V) zależy od względnej prędkości jąder i z tego względu od średniej prędkości , czyli od temperatury jonów.

Krzywa Lawsona

Krzywa Lawsona

Reakcja deuterium-tritium jest neutronowa. Znane są od dawna reakcje, które nie są. Zobacz Fusion aneutronique.

Tylko ograniczona liczba reakcji fuzji zachodzi bez emisji neutronów. Oto te, które mają największą skuteczną sekcję.

2D + 3He → 4He (3,6 MeV) + p+ (14,7 Mev)

2D + 6Li → 2 4He + 22,4 MeV

p+ + 6Li → 4He (1,7 MeV) + 3He (2,3 Mev)

3He + 6Li → 2 4He + p+ + 16,9 MeV

3He +3He→ 4He + 2 p+ + 12,86 MeV

p+ + 7Li → 2 4He + 17,2 MeV

p+ + 11B → 3 4He + 8,7 MeV

Dwie pierwsze wykorzystują deuterium jako paliwo, ale niektóre reakcje wtórne 2D-2D produkują kilka neutronów. Choć ułamek energii przenoszonej przez neutrony może być ograniczony przez wybór parametrów reakcji, ten ułamek prawdopodobnie pozostanie wyższy niż próg 1%. Dlatego trudno traktować te reakcje jako aneutronowe.

Na ostatniej reakcji skupiają się wysiłki. Jeśli ta reakcja nie produkuje neutronów, reakcje wtórne są neutronowe. Jeśli się opiera na czasach relaksacji obliczonych przez Hainesa, jeśli istnieje różnica temperatury o czynnik 100 między gazem elektronowym a gazem jonowym (ten był w stanie "poza równowagą odwrotnej", cieplejszy), można jednak uznać, że populacja jonowa znajduje się w stanie zbliżonym do równowagi termodynamicznej, wokół własnej temperatury, że jest to plazma termiczna. Wtedy mamy następujące reakcje neutronowe:

11B + alpha → 14N + n0 + 157 keV (ekzoenergetyczna)

11B + p+ → 11C + n0 - 2,8 Mev (ekzoenergetyczna)

Ten izotop węgla ma czas połowicznego rozpadu 20 minut.

Niektórzy oszacowali energię wydzieloną przez te reakcje na 0,1% całego.

Znajduje się również reakcja produkująca fotony:

11B + p+ → 12C + n0 + γ 16 MeV

Ta reakcja ma tylko prawdopodobieństwo 10-4 w porównaniu z reakcją dającą alfy

I w końcu reakcje neutronowe bor-deuterium, lub deuterium-deuterium:

11B + 2D → 12C + n0 + 13,7 MeV

2D + 2D → 3He + n0 + 3,27 MeV

, które można usunąć, używając czystego izotopowego paliwa.

Głównym składnikiem ekranu byłaby woda, aby zwolnić szybkie neutrony, bór, aby je pochłonąć, i metal, aby pochłonąć promieniowanie X z całkowitą grubością rzędu metra;

Temperatura wymagana, aby rozpocząć reakcje bor-hydrogen, jest dziesięć razy wyższa niż dla mieszaniny deuterium-tritium. Istnieje również kwestia optymalnej reaktywności. Dla tego mieszaniny wynosi około 66 keV (730 milionów stopni). Dla boru wodoru prowadzi nas do 600 keV (6 miliardów stopni). Jednak widzieliśmy, że uzyskiwanie bardzo wysokich temperatur jest możliwe za pomocą Z-machine, zauważając, że maksymalna osiągana temperatura rośnie jak kwadrat natężenia prądu. Zgodnie z tą logiką temperatura, jaką mógłby osiągnąć ZR, wynosiłaby 9 miliardów stopni.

Brak informacji na temat osiągniętych wydajności tej maszyny od czasu jej uruchomienia

W tym momencie należy unikać nadmiernej pewności siebie, w obu kierunkach. Plazma ciepła z Z-machine nie jest taka jak w Tokamaku. Dodajmy, że ta hipoteza "ciepłych punktów" obecnie uchodzi poza wszelką teorię. Moim zdaniem, zamiast bezcelowo argumentować, lepiej byłoby dać głos Pani Przyrody, czyli eksperymentować. Uwaga, koszt Z-machine to dwa rzędy wielkości niższy niż u lewiatana fuzji, jak ITER. Poza tym, maszyna ma elastyczność, której nie posiada ten ostatni. W 2008 roku spotkałem się w Ministerstwie Badań i Przemysłu z Edouardem de Pirey, młodym normalianinem, doradcą naukowym Valérie Pécresse. Gdy go spotkałem, przyznał od razu, że nie miał czasu zapoznać się z raportem, mimo że był krótki i jasny, który mu przesłałem. Przekazałem mu kopię listu, który Smirnov zaproponował wysłanie, pod warunkiem, że będzie miał nazwisko odbiorcy. Prosiłem więc de Pirey o złożenie wniosku do swojej szefowej, czy ta zaakceptuje, by jej nazwisko pojawiło się na tej wiadomości, jako odbiorcy.

Ta inicjatywa pozostała bez odpowiedzi. Tak samo z prośbą o pokrycie mojego udziału w międzynarodowym kongresie w Wilnie, Litwa, o wysokich mocy impulsowych, gdzie musiałem dojść do siebie za własne pieniądze w sierpniu 2008 roku.

Zauważmy, że podejście Z-pinches nie znajduje się na nowo opublikowanej liście drogowej ministra. Pozostawiam czytelnikowi, by sformułował własne hipotezy dotyczące niepowodzenia mojej inicjatywy.

Myślę, że Europejczycy powinni jak najszybciej złożyć grupę badawczą, współpracując w ciasnym związku z Rosjanami, którzy są w tym dobre. Byłoby wskazane, a nawet pilne, by włożyć trochę pieniędzy na stół i zbudować maszynę o celu cywilnym, dostępna dla wszystkich, zainstalowaną w jakimś "neutralnym" kraju (w sensie techniczno-naukowym, rozumiane). Z-maszyna francuska, maszyna Sphinx, zainstalowana w Gramat, w departamencie Lot, nie jest poprawna. Z czasami rozładowania 800 nanosekund ta maszyna jest zbyt wolna. Myślę również, że byłoby wielkim błędem podporządkować ten projekt sekretowi obronnemu, z różnych powodów. Oczywiście, przez taki podejście pojawienie się bomb fuzji czystej staje się "nie-impossible". Rosjanie są mistrzami manipulacji wysokimi mocy impulsowych, gdy początkowa energia to wybuch. Okresowo Zachód odkrywa, często z zdumieniem, nową ideę narodzoną poza Ural, która całkowicie zmienia grę, jak generator dyskowy.

Produkcja bardzo silnych prądów odbywa się przez kompresję, za pomocą wybuchu, jamy, w której utworzono silne pole magnetyczne. Jednak wybuchy chemiczne powodują ograniczone prędkości implozji. Jeśli podzielimy charakterystyczną wielkość komory przez tę prędkość, otrzymujemy czasy, które trudno sprowadzić poniżej kilku mikrosekund. To zbyt wolno dla formuły inspirowanej przez Z-machine, gdzie ten czas nie może przekraczać 100 nanosekund. W klasycznym systemie moc rozładowania rośnie z objętością jamy. Rosjanie ominęli problem, po prostu nadając jej kształt ... gryfli. Wyobraź sobie gryfli, którego zewnętrzna część jest zanurzona w wybuchu, wlewana w jego komorę. Całkowita objętość może być duża, podczas gdy grubość do zgniecenia pozostaje w każdej z tych komór, dość niska. Ten aspekt jest wspomniany w wersji angielskiej wikipedii.

Militarzy bardzo obawiają się aspektów "rozprzestrzeniania" tej technologii, gdzie zapalanie reakcji fuzji nie będzie przechodziło przez etap, technologicznie ciężki, bogactwa izotopowego. Ale co zrobić? Nic? Nasza planeta jest na krawędzi upadku z powodu braku zasobów energetycznych. Pójdziesz i powiesz Chińczykom i Hinduszom, że muszą oszczędzać!

Wybór jest polityczny, na skalę globalną. Ostatnia uwaga dotycząca ITER i Mégajoule:

Gilles de Gennes, przed śmiercią, był jednym z tych, którzy wskazali wiele argumentów, które czynią projekt ITER problematycznym, chyba że traktujemy go jako plan społeczny lub sposób, dla tysięcy naukowców, inżynierów i techników, by przeprowadzić całą karierę w jednym z najpiękniejszych regionów świata, najlepiej położonym. De Gennes był bardzo sceptyczny co do tego, że magnes nadprzewodzący ITER, położony najblżej torusa plazmy, może długo wytrzymać intensywny bombardowanie neutronowe. Wskazał, że żadna wstępna analiza nie została przeprowadzona w tym zakresie, co byłoby jednak łatwe, na skalę modeli umieszczonych w strumieniu neutronów. Ale wynik mógłby mieć za skutek natychmiastowy zatrzymanie budowy tej prawdziwej katedra inżynierów.

Drugi punkt: plazmy fuzji są kolizyjne, są to plazmy termiczne, bliskie równowagi termodynamicznej. Rozkład prędkości jonów jest więc typu Maxwella-Boltzmana, z ogonem rozkładu Boltzmana, złożonym z szybkich jonów:

ogon rozkładu Boltzmana

**Szybkie jony w ogonie rozkładu Boltzmana **

Te jony nieuchronnie przebiją się przez pole magnetyczne ograniczające. Uderzając w ściany i różne obiekty tworzące komorę, oderwą atomy ciężkie.

zanieczyszczenie plazmy ITER

**Zanieczyszczenie plazmy fuzji tokamaka, związane z oderwaniem ciężkich jonów od ściany **

Te z nich, natychmiast się jonizując, i zdobywając ładunek Z, poddane są również efektom gradientu ciśnienia magnetycznego, wracają do jądra plazmy, zanieczyszczając ją. Jednak straty promieniowania związane z interakcją między elektronami plazmy a jonami (promieniowanie hamowania lub Bremstrahlung) rosną jak kwadrat ładunku elektrycznego jonów Z.

Strata przez promieniowanie hamowania

**Straty promieniowania przez interakcję elektronów-jonów **(promieniowanie hamowania)

Nikt nie widzi, jak zapobiec zanieczyszczeniu plazmy przez te ciężkie jony, ani jak ją oczystić. Zwiększenie strat promieniowania spowoduje spadek temperatury i kotłownia maszyny parowej trzeciego tysiąclecia zgaśnie. Gdy podniosłem to pytanie, podczas spotkań publicznych z ludźmi z ITER, ich jedyną reakcją było:

*- To dobre pytanie..... *

Jeśli zapyta się, czy maszyna ITER pozwoli uzyskać reakcje fuzji w znaczącym i utrzymywanym tempie, może odpowiedź być pozytywna, na krótkich skalach czasowych. Ale jeśli pytanie brzmi "czy ten typ maszyny w końcu pozwoli na działający reaktor i rozwiąże problemy energetyczne ludzkości?", myślę, że odpowiedź musi być ujemna.

Zrobię jeszcze jedną uwagę, dotyczącą tej impulsowej fuzji. Umożliwia bezpośrednie przekształcanie. Plazma fuzji rozszerza się. Jeśli to dzieje się w polu magnetycznym, ponieważ liczba Reynoldsa magnetyczna jest bardzo wysoka, występuje "kompresja strumienia" i indukowany prąd. Sprawność: 70%. Bez ruchomych części. Dlaczego skomplikować życie z wymiennikiem, turbiną parową. Dlaczego nie koło łopatkowe, podczas gdy jesteśmy? Wierzę w "dwu-taktowy silnik fuzji", w dłuższej perspektywie. Istnieją inne rozwiązania niż Z-pinches dla tej impulsowej fuzji. Nie znamy jeszcze całego tematu.

W naturze istnieją systemy realizujące impulsowe fuzje. Są to kwazary. Nie myślę, że energia pochodzi "z akrecji przez olbrzymi czarny dziurę". Wspólne fluktuacje metryk dwóch uniwersów tworzą falę uderzeniową, w gazie międzygalaktycznym galaktyki. Opisałem to już w "Straciliśmy połowę wszechświata", wydanym w 1997 roku przez Albin Michel. Ścisłe brak echa medialnego. Gaz jest kompresowany w swoim przejściu, niestabilizowany. Powstają młode gwiazdy, które wypuszczają w UV, jonizując ten międzygalaktyczny gaz. Liczba Reynoldsa magnetyczna rośnie i fala gazu prowadzi wtedy linie pola galaktyki (zamrożone), jak rolnik zaciska kolory zboża. Zakończenie kolapsu to mała kula plazmy w skali galaktyki, ale w której warunki Lawsona są osiągane w masie, a nie w centrum, jak w gwiazdzie. Stąd te obiekty, które "takie małe jak gwiazdy, emitują tyle co galaktyka". Plazma jest wtedy wyrzucana w dwóch loblach, wzdłuż kierunku pola magnetycznego dipolowego. Gradient pola magnetycznego przyspiesza cząstki naładowane na setki tysięcy lat świetlnych. Tak powstają "promienie kosmiczne" w tych naturalnych akceleratorach cząstek o dużej wielkości.

Gdy fluktuacje wspólne metryk prowadzą do osłabienia ograniczenia, galaktyka .. eksploduje. Są to "galaktyki nieregularne", o których słynny brytyjski astrofizyk sir James Jeans (odkrywca niestabilności, której nazwa jest związana z nim, a także równania, które ją opisuje) powiedział:

*- Często niesamowite kształty niektórych galaktyk sugerują, że są siedzibą ogromnych sił, których nic nie wiemy. *

Co do instalacji LMJ (Laser Mégajoule), nigdzie nie było powiedziane, poza powtórzonymi zwrotami ( "słońce w probówce", "dziedzina badań astronomicznych" ), że ten narzędzie pracy dla inżynierów wojskowych wpisuje się w próbę rozwiązania problemu potrzeb energetycznych planety.

Powrót do Głównej strony Powrót do strony głównej

Więcej niż dwa miliardy stopni! Analiza artykułu Malcolma Hainesa (kwiecień 2006)

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

Mots-clés