Французская Z-машина
Диссертация Матиаса Бавея
документ опубликован 17 июня 2006 года
Вот диссертация, весьма хорошо документированная:
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
Название:
Сжатие магнитного потока в режиме субмикросекунды для достижения высоких давлений и рентгеновского излучения
защита состоялась 8 июля 2002 года в ЦМЭГ (Центр военных испытаний Грама, Лот).
Генератор Грама (см. изображения выше) способен выдавать импульсы тока в 2,5 миллиона ампер продолжительностью 800 наносекунд.
Электрический генератор ECF Грама
Увеличенное изображение показывает диаметр установки, около 20 метров (в отличие от 33 метров у Z-машины Сандии).
Увеличенное изображение
Центральная часть установки ECF Грама
Монтаж, придуманный Бавеем, испытанный в Граме и на генераторе Сандии, весьма оригинален. Советские ученые разработали системы сжатия магнитного потока, в которых химический взрыв оказывал давление на "оболочку", выполненную из проводящего материала — меди или алюминия. Эта оболочка сжималась, сжимая магнитное поле, предварительно созданное электрической разрядом в соленоиде с помощью батареи конденсаторов. Идея, развитая в диссертации Бавея, заключается в использовании проволочной оболочки в качестве "поршня" и замене внешнего химического давления на "магнитное давление". Здесь присутствуют две идеи:
- Использование более легкой оболочки с меньшей инерцией
- Обеспечение передачи всей энергии именно этой оболочке, поскольку "магнитный газ" обладает "нулевой инерцией"
Таким образом, получается двухступенчатый компрессор с... двумя оболочками — большой и малой. В общих чертах это то, что можно было бы получить с плазменного пушки Сахарова, если бы... закрыть эту пушку!
Плазменная пушка Сахарова, модифицированная
Возвращаемся к первоначальной схеме. Электрический разряд создает магнитное поле в "стволе" А. Затем взрывчатка с левой стороны инициируется, вызывая расширение медной оболочки.
Медный конус закрывает ствол, запирая магнитное поле, которое, сжимаясь, стремится вытолкнуть алюминиевое кольцо в пространство между медным "стволом" и центральной оболочкой, заполненной взрывчаткой. Однако в новой конструкции препятствуют выбросу этого кольца, которое с большой скоростью ударяет по закрытому концу "ствола", создавая высокие давления. Конечно, между медным кольцом и закрывающим элементом, расположенным справа (серого цвета), создан вакуум. Алюминиевое кольцо выполняет функцию второй оболочки, поскольку при прохождении оно испаряется и превращается в плазму. Центральная оболочка также претерпевает пластическую деформацию.
Вернемся к диссертации Бавея. Мы увидим элементы вышеописанной установки, выполненные иначе. Как уже говорилось, обе оболочки — "из проводов" и превратятся в плазму. Необходимо создать определенное магнитное давление в камере А до того, как она будет закрыта. Остается заменить приводной элемент — газ от взрыва — на магнитное давление. В результате получаем следующее:
Установка диссертации Матиаса Бавея
Чтобы лучше понять, возможно, стоит объединить два этапа, изображенные здесь на одном рисунке. Итак, сначала — исходное состояние установки Бавея:
Установка Матиаса Бавея в исходном состоянии
Здесь две электрические разряды: одна, изображенная фиолетовым, — "первичный разряд", и другая, изображенная красным, — "вторичный разряд". Эти два разряда создают магнитное поле внутри двух коаксиальных полостей тороидальной геометрии. Видна цилиндрическая оболочка, на самом деле состоящая из первого набора проводов. В диссертации Бавея говорится, что когда провода пропускают сильный электрический ток, они не превращаются мгновенно в металлическую плазму. Напротив, у них довольно длительный срок службы, который может достигать 80% времени, необходимого для радиального перемещения "сетки проводов" к оси. Именно это и является ключом к сохранению осевой симметрии в эксперименте Сандии. Когда объект сжимается, это не просто набор проводов, расположенных рядом, и не просто плазменная пленка, а "смесь обоих". Это было теоретически обосновано Малкомом Хейнсом, который назвал это "образованием оболочки":
Образование "оболочки"
Вверху — провода через небольшой промежуток времени после начала разряда. Они начинают испаряться на поверхности. Эти еще твердые провода окружены оболочкой из металлической плазмы. В диссертации Бавея говорится, что провода сохраняют холодное твердое ядро. Они испаряются по периферии, испуская плазму, состоящую из металлических атомов, которая распространяется. Когда эти цилиндрические образования плазмы сходятся, формируется "корона". Бавей пишет, что корона формируется, когда проходит 80% времени имплюзии. Это означает, что в течение всего этого времени токи проходят по проводам по отдельности. Если в плазме (ионизированном газе) могут возникать МГД-неустойчивости, когда локально изменяется плотность тока и интенсивность магнитного поля, то в проволочной сетке это не происходит.
В диссертации указано, что скорость расширения металлического пара составляет 10 000 м/с для вольфрама и 22 000 м/с для алюминия. Порядок величины диаметра проводов (их 240 штук): 10 микрон.
Я не нашел скорость расширения для проводов из нержавеющей стали. Люди из Сандии были очень удивлены, обнаружив, что температура в конце имплюзии достигает 2 миллиардов градусов. Возможное объяснение — скорость расширения пара из нержавеющей стали ниже, что замедляет формирование "короны", где могут возникать неустойчивости. Как уже упоминалось, провода сохраняют "холодное ядро", поэтому на ось сходятся практически "провода", а плазменный шнур формируется в самые последние моменты имплюзии. Таким образом, вместо нескольких сотен километров в секунду радиальная скорость в момент удара может достигать 1000 км/с. Отсюда резкий рост температуры, связанный с... изменением материала. Открытый вопрос.
В момент tm оболочки плазмы сходятся. В результате достигается двойная выгода. Это закрытие создает "герметичную перегородку" для магнитного поля, а неоднородность среды в азимутальном направлении препятствует росту МГД-неустойчивостей и сохраняет осевую симметрию процесса.
Вернемся к схеме диссертации Бавея, после ее доработки:
Установка Бавея после подключения crowbar
В этих разрядах конденсаторы разряжаются в цепях, обладающих индуктивностью. Для тех, кто умеет видеть в 3D, распределение двух потоков тока — фиолетового и красного — имеет геометрию образующих тора. Это "нечто вроде катушек индуктивности". Когда "сетка проводов + металлическая плазма" продвинулась к оси, она замыкает то, что Бавей называет "зазором". В результате эта "катушка индуктивности" оказывается изолированной от конденсатора, который ее заряжал. Мы снова сталкиваемся с темой crowbar, упомянутой ранее в этом документе. Красный электрический ток будет продолжать...