Диссертация Матиаса Бавея о французской Z-машине
Французская Z-машина
Диссертация Матиаса Бавея
документ опубликован 17 июня 2006 года
Эту диссертацию, хорошо документированную, можно найти по адресу:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
Название:
Сжатие магнитного потока в субмикросекундном режиме для получения высокого давления и рентгеновского излучения
защита состоялась 8 июля 2002 года в ЦЕГ (Центр военной экспериментальной разработки Грамат, Лот).
Генератор Грамат (см. изображения выше) способен выдавать токовые импульсы в 2,5 миллиона ампер, длительностью 800 наносекунд.
Электрический генератор ECF Грамат
Увеличенное изображение показывает диаметр установки, около 20 метров (вместо 33 метров у Z-машины Сандии).
Увеличенное изображение
Центральная часть установки ECF Грамат
Схема, придуманная Бавеем, протестированная в Грамате и на генераторе Сандии, очень оригинальна. Советские ученые разработали системы сжатия потока, где химический взрыв оказывал давление на "оболочку", состоящую из проводящего материала, меди или алюминия. Эта оболочка сжималась, сжимая магнитное поле, предварительно установленное с помощью электрической разрядки в соленоиде с помощью батареи конденсаторов. Идея, развитая в диссертации Бавея, заключается в использовании проволочной оболочки в качестве "поршня" и замене внешнего химического давления, используемого в магнито-накопительных компрессорах, на "магнитное давление". Здесь можно выделить две идеи:
*- Использовать более легкую оболочку с меньшей инерцией
- Обеспечить передачу всей энергии этой оболочке, так как "магнитный газ" имеет "нулевую инерцию". *
Таким образом, получается двухступенчатый компрессор с ... двумя оболочками, большой и маленькой. Это в общем то, что можно было бы получить с плазменным пушкой Сахарова, если бы ... закрыли эту пушку!
Плазменная пушка Сахарова, модифицированная
Возвращаемся к исходной схеме. Электрический разряд создает магнитное поле в "каморе" A. Затем взрывной заряд зажигается слева, вызывая расширение медной "оболочки".
Конус из меди закрывает камору, удерживая магнитное поле, которое, "сжатое", стремится вытолкнуть алюминиевое кольцо в пространство между "пушкой" из меди и центральной оболочкой, заполненной взрывчаткой. Но в новой конструкции будет препятствовать выбросу этого кольца, которое будет ударяться с высокой скоростью в закрытый конец "пушки", вызывая сильное сжатие. Конечно, между алюминиевым кольцом и закрывающим устройством, находящимся справа, будет вакуум. Алюминиевое кольцо выполняет роль второй "оболочки", превращаясь в плазму при прохождении. Центральная оболочка также претерпевает пластическую деформацию.
Вернемся к диссертации Бавея. Мы узнаем элементы вышеуказанной конструкции, но в другом виде. Как мы уже говорили, обе оболочки являются "проволочными" и превращаются в плазму. Необходимо создать определенное магнитное давление в камере A до того, как она будет закрыта. Остается заменить приводной элемент, газ, образующийся при взрыве, на магнитное давление. Тогда мы получаем следующее:
Установка диссертации Матиаса Бавея
Чтобы лучше понять, возможно, нужно воссоздать два этапа, изображенных здесь на одном изображении. Вот сначала эта установка Бавея в исходном состоянии:
Установка Матиаса Бавея в исходном состоянии
Имеются две электрические разрядки, одна представлена фиолетовым цветом, "первичный разряд", и другая красным цветом, "вторичный разряд". Эти два разряда создают магнитное поле внутри двух коаксиальных полостей, имеющих тороидальную геометрию. Можно различить "оболочку" в виде цилиндра, которая на самом деле состоит из первого набора проволок. Из диссертации Бавея известно, что когда эти проволоки проходят через сильный электрический ток, они не превращаются мгновенно в металлическую плазму. Напротив, у них есть довольно длительный срок службы, который может достигать 80% времени, которое требуется "сетке проволок" для радиального перемещения к оси. Это и есть секрет сохранения осевой симметрии в эксперименте Сандии. Когда этот объект сжимается, это не набор проволок, расположенных рядом друг с другом, и не сетка плазмы, а "смесь двух". Это было теоретизировано Малкольмом Хейнсом, который называет это "образованием оболочки":
Формирование "оболочки"
Вверху проволоки вскоре после начала разряда. Они начинают испаряться поверхностно. Эти прочные проволоки окружены оболочкой из металлической плазмы. В диссертации Бавея говорится, что проволоки сохраняют холодное твердое ядро. Они испаряются на периферии, излучая плазму, состоящую из металлических атомов, которая расширяется. Когда эти цилиндры плазмы соединяются, формируется "корона". Бавей пишет, что эта корона формируется, когда проходит 80% времени импульса. Это означает, что в течение всего этого времени токи проходят по проволокам индивидуально. Если в плазме (ионизированный газ) могут возникнуть МГД-неустойчивости, где локально плотность тока может колебаться, а также интенсивность магнитного поля, то это не относится к сетке проволок.
В его диссертации говорится, что скорость расширения металлического пара составляет 10 000 м/с для вольфрама и 22 000 м/с для алюминия. Порядок величины диаметра проволок (их 240): 10 микрон.
Я не нашел скорость расширения для проволок из нержавеющей стали. Люди из Сандии были очень удивлены, увидев, что температура в конце импульса достигла 2 миллиардов градусов. Возможное объяснение заключается в том, что скорость расширения пара из нержавеющей стали будет ниже, что замедлит формирование "короны", где могут возникнуть неустойчивости. Как уже говорилось выше, проволоки сохраняют "холодное ядро", поэтому это в основном "проволоки", которые встречаются на оси, а плазменный шнур формируется в самые последние моменты импульса. Таким образом, вместо нескольких сотен километров в секунду, радиальная скорость в момент удара может достигнуть 1000 км/с. Отсюда рост температуры, связанный с ... изменением материала. Открытый вопрос.
К моменту tm эти оболочки из плазмы соединяются. Тогда мы получаем два преимущества. Это закрытие позволяет создать "герметичную перегородку" относительно магнитного поля, а неоднородность среды в азимутальном направлении препятствует росту МГД-неустойчивостей и поддерживает осевую симметрию процесса.
Вернемся к схеме диссертации Бавея, после ее переработки:
![](/legacy/science/Z-mac...