Ядерный синтез, машина Z и LTD
З-машина, усиленная LTD
Автор: Жюльен Жефрей
21 мая 2007 года
Активность и события вокруг ядерного синтеза возобновились благодаря З-машине, по крайней мере, в США. Для французской З-машины "Сфинкс" это другое, потому что ДГА действительно все заблокировала, как вы можете увидеть, прочитав эту статью, опубликованную в журнале Les Echos от 16 мая 2007 года :
**
* *****
**** **
**
Les Echos
от 16 мая 2007 года
Компетенции
ЯДЕРНАЯ
Французская машина Z игнорирует энергию
Маленький «Сфинкс».
В центре Грамат (CEG) в крае Керс, ДГА уже несколько лет эксплуатирует небольшую французскую З-машину (2,5 миллиона ампер), названную «Сфинкс». Как и ее большая американская сестра, она в основном используется для тестирования прочности ядерных головных частей.
В отличие от нее, она не будет проводить гражданские эксперименты. Несколько лет назад ученые из Грамата пытались убедить своего военного покровителя в необходимости расширить свои исследования, но безуспешно.
Опросив «Les Echos», очень «жесткий» ЦЭГ сегодня утверждает, что у них нет никаких энергетических проектов. Эта осторожность в инвестициях беспокоит специалистов по сжатию.
Французские компетенции в этой области электротехники находятся под угрозой, утверждает один из них.
В Великобритании эквивалентная машина, Magpie Имперского колледжа (1,4 миллиона ампер), активно работает над сжатием, в частности, на американских средствах. Недостаточно мощная, чтобы достичь целей З-машин, она используется американскими учеными для дополнения своих исследований по сжатию. Русские также готовы вкладывать средства в эту область исследований.
Примечание: "Сжатие" - это французский перевод "pinch", что означает "сжатие". Таким образом, З-машина входит в класс машин с плазмой, называемых "Z-pinch", где плазму "сжимают" вдоль оси симметрии OZ системы. Все Z-pinch также являются машинами МГД, дисциплиной, в которой Франция была впереди более ... тридцать лет назад, и которая была полностью и намеренно брошена в середине 70-х годов. В этом отсутствии реакции официальных служб также есть большая часть непонимания, простой некомпетентности. МГД-военные, например, полностью отсутствуют во Франции, тогда как в США, России и других странах они ... бегут. Можно резюмировать это простой фразой:
Тем временем, в других странах они едут с нажатым на газ, французы стоят на тормозах
Другое замечание: Ален Жюпэ был назначен «министром окружающей среды». В связи с этим недавно были приглашены представители многих ассоциаций, ориентированных на сохранение окружающей среды. Но это неотделимо от активной работы в пользу новых источников энергии. И там, полное отсутствие. Отсутствие мотивации, но также и информации и ... компетенций. Но вернемся к теме статьи.
В США новость о «генах LTD» последнего поколения очень впечатляет, и прогресс идет быстрее, чем ожидалось. Лаборатории Сандии опубликовали пресс-релиз от 24 апреля 2007 года под названием:
Rapid-fire pulse brings Sandia Z method closer to goal of high-yield fusion reactor (Ультрабыстрые импульсы приближают З-машину Сандии к цели создания реактора с высоким выходом ядерного синтеза)
Статья, полностью переведенная немного ниже на этой странице, описывает генератор, названный LTD (для Linear Transformer Driver) который можно перевести как "линейный преобразователь", который должен позволить контролируемый ядерный синтез, действительно пригодный для использования в З-машине. LTD сделает ее компактнее и менее сложной, устранив огромный изолирующий бассейн с водой и маслом, а также "водные линии", которые были необходимы для модуляции импульса во времени. Он позволит производить повторные выстрелы с частотой 0,1 Гц, тогда как текущая З-машина может произвести всего один выстрел в день! Генераторы LTD не являются настоящим сюрпризом, поскольку французская З-машина Сфинкс уже давно оснащена ими. Новизна здесь в том, что русские достигли высоких результатов с их последней моделью LTDZ:
Русский генератор LTDZ мощностью 100 ГВт: 1 миллион ампер и 100 кВ
Диаметр: 3 метра - Глубина: 22 сантиметра
Объясним просто генератор LTD: это набор, состоящий из "кирпичей", каждый из которых имеет размер коробки для обуви, содержащей два конденсатора и переключатель. Соединенные параллельно и расположенные в виде круга в интересующей нас версии, 40 этих "кирпичей" образуют одну "тороидальную полость".
Сечение "кирпича", составляющего LTDZ
1: два конденсатора GA 31165 (100 кВ, 40 нФ), 2: переключатель HCEI с несколькими зазорами, 3: выходная трубка, 4: магнитный сердечник, 5: изоляция, 6: вакуумная или масляная полость, 7: полость заряда, 8: стержни из капролактама
Эта русская версия, самая продвинутая на данный момент, тестируется в High Current Electronics Institute (HCEI) в Томске, Сибирь, где лаборатории Сандии только что приобрели четыре. Обратите внимание на приближение США и России в области синтеза с помощью Z-pinch... Этот русский LTD, самый мощный в мире (100 гигаватт), способен выдать 1 миллион ампер при 100 000 вольт, в импульсе, который длится естественно 100 наносекунд (то есть без необходимости сжимать его длительность). Он также спроектирован так, чтобы стрелять каждые 10 секунд! Это именно такая частота, определенная для будущей операционной электростанции с магнитным сжатием, которая будет работать буквально как "два такта синтеза" (сжатие, расширение).
Концепция кажется надежной. Предыдущая версия этого LTD, идентичная, но в два раза менее мощная (20 кирпичей, генерирующих 0,5 миллиона ампер при 100 000 вольт), уже была одобрена лабораториями Сандии после цикла более 11 000 выстрелов. В Томске переключатель сделал более 37 000 выстрелов каждые 12 секунд.
Поскольку эти полости модульные, Сандия рассматривает возможность их стекания, как блины на палочке, и последующего увеличения этих палочек. Таким образом, будет 70 цилиндрических модулей, расположенных радиально, каждый из которых содержит 70 LTD, стекающихся коаксиально. Эффективность этой конфигурации неоспорима:
- В каждом модуле, длиной около двадцати метров, 70 внутренних LTD соединены последовательно, чтобы сложить их напряжения. Таким образом, каждый модуль будет выдавать на выходе 1 миллион ампер и 7 миллионов вольт.
- Затем 70 модулей будут соединены параллельно, чтобы сложить их токи, в результате чего получится машина, выдающая 70 миллионов ампер при 7 миллионах вольт.
Проект Сандии "IFE driver" диаметром 104 метра.
70 миллионов ампер, 7 миллионов вольт, 490 тераватт теоретически. 70 модулей по 70 LTD, всего 392 000 конденсаторов.
С учетом неизбежных потерь, в частности, вдоль проводников MITL (Magnetically Insulated Transmission Line), Сандия рассчитывает на 60 миллионов ампер при 6 миллионах вольт. Это будет представлять мощность до впрыска на цель в 360 тераватт.
Эта испытательная установка будет расположена горизонтально, по плану, указанному на схеме. Русские из Института Курчатова предложили также разместить эти модули вертикально. Можно даже представить сферическую симметрию. Как говорит один из ученых, работающих над этой темой: это немного похоже на игру в Meccano...
Схема установки LTD
Это ... русское, просто. Простая идея. Прогресс значительный. Как говорится в тексте Сандии (который повторяет то, что я давно говорил. Мое первое упоминание о "двухтактном синтезе" с МГД-компрессором можно найти в Science et Vie в 1975 году, я думаю) это путь импульсного синтеза, сжатия. "Двигатель с взрывом" против паровой машины третьего тысячелетия: ИТЕР.
Если вернуться к выпуску января 1979 года Pour la Science, там будет З-машина в ее первоначальной форме, построенной в Сандии Яноном. Мощность уже была значительной, но не хватало фокусировки. Геральд сказал мне вслух в 76 году, когда я встретил его в Сандии: "Мы можем сосредоточить в объеме размером с яйцо голубя, но не можем сделать лучше". Основной прогресс был "клетка для птиц", знаменитый "линейный фильтр", который позволил фокусировку, которую никто не мог представить. Мы сосредоточили 240 нержавеющих проводов, расположенных в цилиндре диаметром 8 см, по плазменному шнуру диаметром 1,5 мм. И вот, температура резко поднялась, бинго ! Что касается остального, это электротехника, давно известная. Нужно добавить легендарную хитрость русских, быстро снижающую цены. Они не заставили себя ждать, чтобы поймать мяч, понять, что скрывалось в манипуляции 2005 года с тремя с половиной миллиардами градусов. Зная, что это вовсе не предел. Это в 35 раз больше температуры, достигнутой в JET в Кульхеме, который должен стать дорогим преемником ИТЕР. Это в семь раз больше температуры, которая существует в ядре водородной бомбы, в 175 раз больше температуры в ядре Солнца.
Люди говорят и пишут: "Мы хотим уточнить, что условия синтеза еще не были достигнуты с помощью этих Z-pinch (в то время как с токамаками ...). Пусть сначала докажут возможность получения реакций синтеза этим методом..."
Доказать? Как? Где? С какими деньгами? Какими учеными? ....
Это произойдет, но не у нас.
Сейчас, то есть, в ... невероятном темпе, кроме Франции, где мы спим на двух ушах, как обычно, импульсный путь даст реакции синтеза раньше, чем будет сделан первый удар лопатой для этого фараоновского проекта. Напомним, что решение начать это было принято лично известным французским ученым, профессором Жаком Шираком. Саркози осмелится ли остановить этого динозавра на старте, этот "социальный план на уровне региона". С учетом последних достижений, это заслуживает размышления.
Два седьмых года Ширака это действительно ... чистая политика. Как управлять общественным мнением, как быть переизбранным, как манипулировать тем или иным группой. И вы хотите, чтобы я дал прогноз? Ширак снова станет большим защитником планеты, окружающей среды. Он будет играть роль овцы Капитолия, теперь, когда он больше не является ее жителем. Напомним время, когда Хулот регулярно посещал его, въезжая во двор Элисея на мотоцикле. Жако делал большие речи ... вне Франции. Он найдет себе место, где будет давать уроки экоморали.
Сделаем ставку?
Мои читатели говорят мне: "Почему бы не связаться с Жюпэ? и с новым министром науки, Валери Пекресс?"
Я встречаюсь с кем угодно завтра. Но в течение года мы бегали по политикам всех направлений, безрезультатно. Мы думали, что с выборами у нас будет больше шансов. Ошибка. При обращении к Хулоту (и даже к Хуберту Риву, его научному советнику): полный провал. Многие не ... ничего не поняли, они и их технический и научный круг. Байру открыл глаза. Штаб кампании Сеголен Руайаль предложил нам прочитать ее блог. И т.д....
В любом случае, у нас есть одна вещь, один карт-бланш, с начала 2007 года: письмо от "масла" из России, ответственного за синтез в Институте Курчатова, покрытого научными наградами, званиями, членом Академии наук. Это письмо он написал. Оно у нас на руках. Он выступает за развитие Z-pinch. Но, как я уже говорил, у нас нет ... получателя! Мы не можем разместить такой документ на блоге. Если кто-то из окружения Валерии Пекресс проявится (или сама она, кто знает?), русский подпишет и отправит.
Последние экспериментальные результаты российских генераторов LTDZ будут представлены на международных конгрессах 2007 года (International Pulsed Power Conference и Symposium on Fusion Engineering) в Албукерке, Нью-Мексико, с 17 по 21 июня. Заинтересованный читатель может уже прочитать обобщенный отчет лабораторий Сандии от сентября 2006 года, который представляет этот концепт LTD, связанного с машиной Saturn. Эта машина, хотя и менее мощная, но содержание этого документа напрямую применимо к Z-машине. Также прочтите научную статью русских о этих последних генераторах, представленную на последнем международном конгрессе: 100 GW Fast LTD Stage.
Вот перевод на французский язык статьи, опубликованной на официальном сайте лабораторий Сандии 24 апреля 2007 года:
http://www.sandia.gov/news/resources/releases/2007/rapid-fire-pulse.html
--- ****
** **
************ **
Télécharger l'image JPEG à 300dpi "fowler.jpg" - 2,2 Mo
**
Télécharger l'image JPEG à 300dp, "LTD-check-out.jpg" - 2,1 Mo
Télécharger l'image JPEG à 300dpi "LTD-system.jpg" - 1,6 Mo
**
Télécharger l'image JPEG à 300dpi “insulators.jpg" - 1,4 Mo
**** --- ********
Ссылка на оригинальную статью:
24 апреля 2007 года Ультрабыстрые импульсы приближают З-машину к цели создания реактора с высоким выходом ядерного синтеза. Оборудование, способное производить тысячи выстрелов без сбоев. В Сибири, а не в Зоне 51: ученый Сандии Билл Фаулер тестирует схемы генератора LTD, способного производить очень сильные электрические импульсы быстро и повторно. (Фото Рэнди Монтои) АЛБУКЕРК, Н.М. — Электрическая схема, способная обеспечить достаточную мощность для наконец достижения контролируемого ядерного синтеза с высоким КПД и, что еще важнее, делать это каждые 10 секунд, была тщательно протестирована в предварительных экспериментах и компьютерном моделировании в лабораториях Сандии, где находится З-машина.
З-машина, когда она запускается, сегодня является самым большим производителем рентгеновских лучей на Земле, и она уже могла генерировать нейтроны синтеза. Но для будущих эксплуатационных центров необходимы частые повторные выстрелы, чтобы производить электрическую энергию из морской воды. Это не считалось возможным до сих пор.
Сандия — это лаборатория Национальной администрации по ядерной безопасности.
Как это работает?
Двигатель, который зажигает один цилиндр и затем ждет несколько часов, прежде чем снова запустить, не доведет машину далеко.
Точно так же, машина, которая должна обеспечить человечеству неограниченную электрическую энергию, исходя из обильной и дешевой морской воды, не может довольствоваться одним выстрелом и оставаться бездействующей в течение дня. Она должна обеспечивать энергию для синтеза гранул водорода каждые 10 секунд и сохранять эту частоту в течение миллионов выстрелов между каждым обслуживанием — своего рода двигатель внутреннего сгорания для ядерного синтеза. Это, по крайней мере, метод синтеза, предложенный в лабораториях Сандии и других местах, под названием "синтез с инерционным удержанием".
Ученые Сандии Диллон МакДоналд (второй слева) и Стив Гловер (справа) изучают в Сибири вместе с Александром Кимом (HCEI, Томск, Россия) LTD мощностью 500 кА перед отправкой в Сандию (человек слева — переводчик Сандии Роман Канн). Этот LTD тестируется в Сандии уже два с половиной года.
Несмотря на то, что он не может производить синтез, кроме эпизодически, этот метод был вытеснен другой техникой, называемой "синтез с магнитным удержанием" — которая использует магнитное поле, чтобы попытаться удерживать непрерывные реакции синтеза, из которых нужно извлекать энергию.
Однако электрическая схема, появляющаяся на краю технологического леса, может изменить баланс между двумя системами. Даже ученые, обычно консервативные, считают его "революционным", и он может компенсировать кажущийся прогресс первого метода по сравнению со вторым.
Генератор способен производить выстрел каждые 10,2 секунды, в виде коротких и мощных всплесков электричества.
"Это самый значительный прогресс в исследовании производства электроэнергии за последние десятилетия", признает Кит Матцен, директор Центра импульсной мощности Сандии.
Новая система, названная Linear Transformer Driver (LTD), была создана учеными Института высоких интенсивностей Томска в России, в сотрудничестве с американскими учеными Сандии.
Рик Стюлен, вице-президент Сандии по Фонду науки, технологий и исследований, заявляет по этому поводу, что "эта новая технология не только представляет собой замечательный технический прогресс, но и доказывает сильное приверженность ученых и инженеров Сандии международному сообществу." Путь к ядерному синтезу
Схема — это тесно связанная с двумя конденсаторами переключатель, размером примерно как коробка для обуви, и называется "кирпичом". Когда несколько кирпичей объединены группами по 20 и электрически соединены параллельно в круглой емкости, похожей на большой, полученная полость может передавать полмиллиона ампер при 100 киловольтах.
Такая полость была протестирована в зоне 4 Сандии, где она стреляла без сбоев более 11 000 раз.
Борис Ковалчук (HCEI, в сером костюме) показывает план нового устройства LTD ученому Сандии Диллону МакДоналду, перед Александром Кимом (человек справа не идентифицирован). Поскольку эти полости модульные, их можно стекать, как блины на металлической вилке, называемой "стержнем". Расположенные в соответствующей конфигурации, они могут выдавать 60 миллионов ампер и 6 миллионов вольт, теоретически достаточно для генерации ядерного синтеза с высоким КПД с всеми необходимыми параметрами для создания настоящей электрической станции.
"Это революционный прогресс", говорит Крейг Олсон, высокопоставленный ученый и руководитель программы "Инерционная энергия с импульсной мощностью" в Сандии.
Новая модель, сейчас тестируемая в Томске, передает 1 миллион ампер при той же напряжении и с той же скоростью. Пять единиц были построены; четыре были приобретены Сандией, и одна — Университетом Мичигана. Каждая стоит 160 000 $. Также, по словам ученого Сандии Майка Мазаракиса, который наблюдал за тестами на сибирском сайте, они работают как задумано без недостатков.
"Это невероятное достижение", говорит вице-президент Сандии Джерри Йонас, известный специалист по З-машине и Advanced Concepts Group Сандии.
Преимущества новой технологии К счастью для бухгалтеров Сандии, но к сожалению для поклонников знаменитой фотографии с множеством электрических дуг и искр, сделанной фотографом З-машиной Рэнди Монтоей, новый переключатель делает устаревшим огромный изолирующий бассейн, заполненный сотнями тысяч литров воды и масла, который сейчас является неотъемлемой частью конструкции З-машин. Это были дуги, возникающие над поверхностью жидкости, которые были такими же популярными с точки зрения художественных качеств, как и ненавистными для инженеров из-за потраченной энергии. Также устарел сложный набор переключателей мощности, который был необходим для сокращения начального импульса с нескольких микросекунд до наносекунд.
Генератор LTD производит свой импульс напрямую в классе 100 наносекунд. Это работает так же хорошо благодаря своей конструкции, которая значительно снижает индуктивность, обычно замедляющую передачу электричества.
Диллон МакДоналд изучает изоляторы, которые находятся между слоями конденсаторов LTD мощностью 250, 500 и 1000 килоАмпер.
Это достигается частично за счет устранения больших пластин и длинных кабелей текущей З-машин, которые создают магнитные поля. В новой системе каждый кирпич почти не имеет проводов. Два конденсатора размером с небольшую термосную бутылку тесно соединены с переключателем, размером с тарелку. Это оставляет мало возможностей для появления замедляющих магнитных полей.
Кроме того, соединение кирпичей параллельно в полости не только складывает их токи, но и снижает индуктивность до гораздо более низкого уровня, чем было возможно ранее.
Несколько таких подмодулей, соединенных параллельно, затем соединяются последовательно, чтобы сложить их напряжения.
Это дает очень мощную машину, способную быстро производить серию выстрелов, требуя лишь тонкого слоя масла, окружающего контуры и линии переключателей.
Технология LTD на 50% эффективнее текущих устройств З-машин в отношении соотношения используемой энергии к вложенной энергии. З-машина имеет текущий КПД 15% на своей нагрузке (что уже является очень хорошим КПД по сравнению с альтернативными решениями для синтеза).
Однако есть определенные затраты на эту эффективность.
Средства, выделенные на З-машину, исторически были направлены на военные цели, связанные с обороной: ее эксперименты в основном направлены на получение данных для суперкомпьютерных симуляций, которые помогают поддерживать мощность, эффективность и безопасность ядерного сдерживания США. Даже без способности к повторным выстрелам, мощная машина на основе LTD еще лучше моделирует условия, созданные ядерными оружием, поэтому собранные данные после этих лабораторных взрывов могут быть использованы с большей уверенностью в компьютерных ядерных симуляциях. США не проводили испытания ядерных боеголовок в реальных условиях в течение 15 лет.
Повторные выстрелы могут превратить машину в основу первой операционной электростанции с ядерным синтезом, в течение 20 лет. Прогресс в этом направлении в конечном итоге потребует финансирования от отдела "Энергетика" Министерства энергетики.
Для того чтобы стать жизнеспособным решением, эта новая концепция будет стоить 35 миллионов долларов в течение пяти-семи лет, чтобы построить испытательную установку, оснащенную 100 полостями. Если тест будет положительным, будущие поколения З-машин будут разработаны на основе генераторов LTD.
До сих пор финансирование поступало от двух инициатив Конгресса через программы Национального бюро ядерной безопасности Министерства энергетики США, средства, полученные от исследований, проводимых внутренними лабораториями Сандии, и программы инерционного синтеза Сандии.
"Это как строить игрушку в Meccano", говорит Матцен. "Мы думаем, что нам нужно 60 миллионов ампер, чтобы получить хороший КПД синтеза. Но хотя наши модели показывают, что это возможно, мы узнаем это действительно только после того, как построим это." Устройство было разработано руководителем исследований по высокому напряжению в Томске, Александром Кимом, а переключатель был разработан Борисом Ковалчуком; его ускорение от микросекунды до 100 наносекунд было доверено Диллону МакДоналду из Сандии, и поддержано его коллегами Риком Спилманом и Кеном Струвом; работа в Сандии и Томске была руководима ученным Сандии Майком Мазаракисом; тесты в Сандии проводились Биллом Фаулером и Робином Шарпом; программа энергетики Z-IFE в Сандии была инициирована и управляется Крейгом Олсоном.
Недавние результаты по разработке LTD будут представлены на Международной конференции по импульсной мощности и Симпозиуме по инженерии синтеза IEEE, которые пройдут в Альбукерке в июне 2007 года.
Сандия подала заявку на патент на импульсный усилитель мощности, изобретенный Уильямом Стигером, использующий систему LTD как первичный источник тока для замены традиционных генераторов Маркса.
Сандия — это многофункциональная лаборатория, управляемая компанией Сандия, принадлежащей Lockheed Martin, для Национального бюро ядерной безопасности Министерства энергетики США. Сандия имеет значительные обязанности в области исследований и разработок в сфере национальной безопасности, энергетики и экологических технологий, а также в конкурентоспособности экономики.
Контакт для СМИ и новостей в Сандии:
Нил Сингер, , (505) 845-7078
Для завершения этих двух статей, которые Ж.П. Петит попросил меня написать для своего сайта, я отмечу, что, хотя он был одним из первых, кто привлек внимание общественности, ученых и ... научных журналистов к этим вопросам, предоставляя часто очень подробные пояснения и анализы (как этот от Малкольма Хейнса), никто не упомянул эти усилия, ни не указал ссылку, ведущую на его сайт. Это не ново, и к сожалению, очень вероятно, что это не изменится.
21 мая 2007 года **Жюльен Жефрей ** --- ---
