Tese de Mathias Bavay sobre a máquina Z francesa
A máquina Z francesa
A tese de Mathias Bavay
arquivo publicado em 17 de junho de 2006
Você encontrará esta tese, muito bem documentada em:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
Título:
Compressão de fluxo magnético em regime sub-microssegundo para obtenção de altas pressões e radiação X
apresentada em 8 de julho de 2002 no CEG (Centro Militar de Experimentação de Gramat, Lot).
O gerador de Gramat (ver imagens acima) é capaz de fornecer pulsos de corrente de 2,5 milhões de ampères, com duração de 800 nanossegundos.
Gerador elétrico ECF de Gramat
Uma visão em close-up indica o diâmetro da instalação, cerca de 20 metros (contra trinta e três para a máquina Z de Sandia).
Visão em close-up
Parte central da instalação ECF de Gramat
O arranjo imaginado por Bavay, testado em Gramat e no gerador de Sandia é muito original. Os soviéticos tinham inventado sistemas de compressão de fluxo onde um explosivo químico exercia pressão sobre um "liner" constituído por um material condutor de eletricidade, cobre ou alumínio. Esse liner implode, comprimindo um campo magnético que existe dentro dele, previamente instalado por meio de uma descarga elétrica realizada em uma bobina solenóide com uma bateria de capacitores. A ideia desenvolvida na tese de Bavay consiste em utilizar um "liner" de fios, como "pistão" e substituir a pressão externa, de origem química nos compressores de magneto-cumulação, por uma "pressão magnética". Encontramos duas ideias:
*- Utilizar um liner mais leve, com menor inércia
- Garantir que toda a energia seja transferida para ele, o "gás magnético" tendo "inércia nula". *
Assim, chega-se a um compressor de dois estágios, com ... dois liners, um grande e um pequeno. É grosso modo o que se obteria com o canhão de plasmóide de Sakharov se tivesse ... fechado esse canhão!
Canhão de plasmóide de Sakharov, modificado
Repetimos o esquema inicial. Uma descarga elétrica cria um campo magnético na "câmara" A. Em seguida, o explosivo é acionado pela parte esquerda, causando a expansão do "liner" de cobre.
O cone de cobre fecha a câmara, aprisionando o campo magnético que, "comprimido", tende a expulsar o anel de alumínio no espaço situado entre o "canhão" de cobre e o liner central, cheio de explosivo. Mas, no novo arranjo, impedimos a expulsão desse anel, que colide com alta velocidade na extremidade fechada do "canhão", gerando fortes pressões. Claro, teremos feito o vácuo entre o anel de cobre e o obturador situado à direita, de cor cinza. O anel de alumínio desempenha o papel de um segundo "liner", ao passar a ser vaporizado, transformando-se em plasma. O liner central também sofre uma transformação plástica.
Voltemos à tese de Bavay. Reconheceremos elementos do arranjo acima, porém constituídos de forma diferente. Como dissemos, os dois liners são "de fios" e se transformarão em plasma. É necessário que seja criada certa pressão magnética na câmara A antes que esta seja fechada. Resta substituir o elemento propulsor, o gás proveniente da explosão, por uma pressão magnética. Assim, obtemos o seguinte:
Arranjo da tese de Mathias Bavay
Para compreender melhor, talvez seja necessário reconstituir os dois momentos representados aqui em uma única imagem. Aqui está, então, primeiro esse arranjo de Bavay, em seu estado inicial:
Arranjo de Mathias Bavay, em seu estado inicial
Há duas descargas elétricas, uma representada em roxo, a "descarga primária" e outra em vermelho, a "descarga secundária". Essas duas descargas criam um campo magnético dentro de duas cavidades coaxiais, com geometria toroidal. Distingue-se um "liner" cilíndrico que, na verdade, é constituído por um primeiro conjunto de fios. A tese de Bavay revela que quando esses fios são percorridos por uma intensa corrente elétrica, eles não se transformam instantaneamente em plasma metálico. Ao contrário, têm uma vida útil bastante longa, que pode atingir 80% do tempo que leva esse "tela de fios" para se mover radialmente, convergindo para o eixo. É exatamente o segredo para manter a axisimetria na manipulação da Sandia. Quando esse objeto implode, não é um conjunto de fios dispostos um ao lado do outro, nem uma tela de plasma, mas uma "mistura dos dois". Isso foi teorizado por Malcom Haines, que chama isso de "formação de uma casca":
Formação da "casca"
Acima, os fios pouco tempo após a iniciação da descarga. Eles começam a se sublimar superficialmente. Esses fios ainda sólidos são envolvidos por uma camada de plasma metálico. Na tese de Bavay, lê-se que os fios mantêm um núcleo frio, sólido. Eles se vaporizam em sua periferia, emitindo um plasma formado por átomos metálicos que se expande. Quando esses cilindros de plasma se encontram, a "coroa" se forma. Bavay escreve que essa coroa se forma quando 80% do tempo de implosão se passaram. Isso significa que durante todo esse tempo, as correntes se deslocam nos fios de forma individual. Se instabilidades MHD podem ocorrer em um plasma (um gás ionizado) onde a densidade de corrente pode flutuar localmente, assim como a intensidade do campo magnético, isso não se aplica a uma tela de fios.
Na sua tese, encontra-se que a velocidade de expansão do vapor metálico é de 10.000 m/s para o tungstênio e de 22.000 m/s para o alumínio. A ordem de grandeza do diâmetro dos fios (em número de 240): 10 micrômetros.
Não encontrei a velocidade de expansão para fios de aço inoxidável. As pessoas da Sandia ficaram muito surpresas ao ver que a temperatura atingida no final da implosão atingia 2 bilhões de graus. Uma explicação possível seria que a velocidade de expansão do vapor de aço inoxidável seria menor, o que atrasaria a formação da "coroa" onde podem surgir instabilidades. Como foi dito acima, os fios mantêm um "núcleo frio", são praticamente "fios" que se encontram no eixo, o cordão de plasma sendo formado nos últimos momentos da implosão. Assim, em vez de centenas de km por segundo, a velocidade radial no momento do impacto poderia atingir 1000 km/s. Deste modo, a elevação da temperatura está ligada a um ... mudança de material. Questão em aberto.
No tempo tm, essas camadas de plasma se encontram. Assim, ganha-se em dois aspectos. Essa fechadura permite constituir uma "parede" hermética em relação ao campo magnético, enquanto a não-uniformidade do meio, no sentido azimutal, se opõe ao crescimento das instabilidades MHD e mantém a axisimetria do processo.
Retomemos o esquema da tese de Bavay, após tê-lo refeito:
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