核聚变Z机器与清洁能源
斯芬克斯的最新消息
作者：朱利安·热弗雷
2007年5月21日
或者更准确地说，过去一年中，美国人全力以赴，而法国人却止步不前。
回顾一下过去一年的情况：2006年3月，美国桑迪亚实验室宣布了一项惊人的发现：Z机器意外地产生了37亿摄氏度的温度（查看原始英文新闻稿）。这是前所未有的极端高温，是太阳核心温度的100倍，氢弹核心温度的7倍，而且比理论预测高出4倍，却没有真正的解释。有了这样的温度，就为受控核聚变打开了一条新路，不仅包括传统项目如ITER托卡马克或Megajoule激光器中所定义的氢同位素，而且特别是以前完全无法想象的两种核反应：锂-氢（需要至少5亿摄氏度）和硼-氢（从10亿摄氏度开始）。这两种核反应几乎不产生放射性——除了极少数的次要反应——它们将带来一种既强大又完全无污染的核电站，使用地球上丰富且纯净的元素作为燃料。简而言之，这就是我们这个因污染而病入膏肓的星球所期待的能源解决方案。
在整个2006年，让-皮埃尔·皮埃特（Jean-Pierre Petit）以通俗化的方式描述了Z机器及其可能的应用：
- 在这个野蛮世界中的一线希望
- 桑迪亚Z机器——无污染和无放射性的聚变触手可及！
- 对马尔科姆·海恩斯（Malcom Haines）发表在《物理评论快报》上的文章的分析
- 37亿度，但没人关心
- 一些澄清（FAQ）
- 致尼古拉·于洛的公开信
- 致政治家的公开信
同时，也揭示了法国存在一台等效的机器，尽管功率较低：格拉马特军事实验中心的ECF（CEG），位于洛特省。ECF意为“流压缩验”，但实际上这台机器被昵称为“斯芬克斯”。
为了推动国家媒体关注这一话题并引起政治家的兴趣，进行了多次尝试，但收效甚微（《Futura-Sciences》网络杂志有一篇文章，以及《科学与生活》和《科学与未来》各有一篇简短报道）。一篇在Agroavox论坛上发表的大众文章也未能引起关注。还尝试与政治人物建立联系。一位在俄罗斯负责核聚变问题的高级科学家甚至同意支持JPP及其同事的宣传行动，写了一封亲笔信，明确指出这项研究的重要性，并建议法俄在该领域开展合作！但谁会在法国接收这封信呢（需要一位与政治家关系密切的科学家）？如果没有人愿意或能够倾听这样的言论呢？
遗憾的是，这些努力都石沉大海。有两个原因：
- 通过“Z pinch”或法语中的“磁压缩”进行的聚变研究，尤其是在预算方面，被认为与在我们国家实施的截然不同的ITER项目存在直接竞争。因此，法国的磁压缩专家人数太少，无法发出自己的声音，许多专家甚至离开法国前往美国的桑迪亚实验室研究Z机器。
- 这些研究具有“潜在的扩散性”。换句话说，它们可能用于制造新一代核武器。在这种情况下，氢弹的爆炸将不再由传统的小型原子弹（难以制造）触发。取而代之的是一个紧凑的系统，源自Z机器，更容易为任何国家设计，而且由于使用了“简单的”电力电子设备，几乎无法控制。著名的铀浓缩步骤，虽然引发了严重的地缘政治问题，但允许对扩散进行相对控制，将变得不再必要。
很明显，这一切的目的是让斯芬克斯向民用研究人员开放，而法国的Z机器仅限于军事工程师使用。目前，其容量为250万至500万安培，无法产生美国Z机器的温度，后者可产生1800万安培。但这种设备相对容易升级。桑迪亚的Z机器已于2006年9月被拆除，进行升级，使其能力提高50%。ZR（“Z重新装修”）计划将在2007年夏季全面运行，届时电流将提高到2700万安培，仍以100纳秒的时间释放。人们期待通过这种方式达到的温度会进一步上升。而且正如我们将在后面看到的，美国人不会止步于此：他们已经确定了一种新技术，以达到6000万安培。
几个月前，法国军方还不太清楚该如何应对。一方面，这些研究似乎非常有前景，但CEG并没有足够的研究人员能够在基础层面探索这一新领域。另一方面，DGA（法国国防采购局）希望完全控制这些研究，如果有什么重要成果出现，可能会将其置于国防机密之下。这也是对桑迪亚实验室的一种担忧，因为它们实际上由国防部和美国军队管理（资金来自NNSA，即“国家核安全局”）……而这正是在其他地方进行独立研究的重要原因。困境：如何向民用开放格拉马特军事中心？
对于某些人来说，这个答案令人沮丧，而对其他人来说则是一个简单而可预见的现实。记者马蒂厄·基雷特（Mathieu Quiret）在2007年5月16日的经济日报《Les Échos》上给出了答案，该文章在线可访问：
http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576329.htm
我们在这里复制了文章内容（有趣的部分用红色标出）：
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《Les Échos》
2007年5月16日
技能
核能
法国Z机器拒绝能源
小“斯芬克斯”。
在奎尔西的格拉马特研究中心（CEG），DGA近年来运营着一台小型法国Z机器（250万安培），称为“斯芬克斯”。与它的美国姐妹机器一样，它主要用于测试核弹头的耐受性。
与它不同的是，它不会进行民用实验。几年前，格拉马特的研究人员曾向军方提出过一些建议，希望多样化他们的研究，但没有成功。
被《Les Échos》采访的“非常固执”的CEG现在表示，他们没有任何能源项目。
这种投资的谨慎态度引起了磁压缩专家的担忧。
一位专家表示，法国在电力工程方面的技能正受到威胁。
在英国，有一台类似的机器，帝国理工学院的“Magpie”（140万安培），正在积极研究磁压缩，尤其是由美国资金支持。它不够强大，无法达到Z机器的核目标，但被美国人用于补充他们对磁压缩本身的研究。俄罗斯人似乎也即将投资这一研究领域。
现在，我们至少清楚地知道该期待什么。尽管法国拥有技能并得到了俄罗斯的帮助，但军队已经决定：法国不会进行任何关于磁压缩的民用聚变研究。
与此同时，美国人进展如何，他们将走向何方？在同一天的《Les Échos》杂志中，与提及法国在该领域研究被封锁形成对比的是，一篇题为“核能：美国Z机器挑战ITER”的文章详细介绍了通过Z机器实现受控氢核聚变，您可以在以下地址阅读：
http://www.lesechos.fr/info/metiers/4576219.htm
我们在这里复制了该文章的插图：
**美国Z机器如何融合氢同位素
**（氘-氘反应产生中等能量的中子，2.45 MeV）
这是已经存在多年的“空腔”（“X射线炉”）的间接技术，通过特殊的泡沫和钨丝笼压缩和加热含有氢同位素的胶囊，使其发生聚变。这项实验于2003年4月7日在Z机器上首次成功（新闻稿）。通过超高温度直接攻击核反应（无需空腔技术），由于几乎不释放中子（锂-氢或硼-氢），这种新技术在2005年底（37亿度）已经实现。但目前尚未提及。然而，磁压缩聚变的想法开始在法国媒体中传播。
到目前为止（1996-2006年），桑迪亚实验室的Z机器是这样的：
Z机器的横截面图。请注意棕色水池的大小和蓝色水线的长度。
规模：33米。当电流接通时，这是Z机器表面的电弧：
Z机器表面的短路，金属部分之间的电流
“水线”可以增加功率，通过压缩初始电脉冲（约几微秒）来提高对目标的功率，使中心丝笼的最终脉冲持续仅100纳秒。
问题：如何提高功率？有几种方法：
2007年ZR给出了一个机械上的答案：保持相同的方法，但改进构成部件。例如，仍然有36个与旧型号大小相同的马可夫发生器，但它们的电容器储存的能量是原来的两倍。4焦耳气体激光触发器被36个独立的激光触发器取代。水绝缘传输线是垂直的，三板式（之前是双板式），更紧凑，产生更少的气泡，等等。
之后，“堆叠所有这些元素”没有任何限制。如果水池的高度翻倍，一个“双ZR”将机械地产生5400万安培。
法国专家马蒂亚斯·巴瓦（Mathias Bavay）因在格拉马特未能获得资金而移民到美国桑迪亚，他设想了一种Z机器，可在100纳秒内立即产生6000万安培，通过使用两个同轴线圈的磁流自压缩，无需炸药（详情请参见他的论文的通俗解释）。
让-皮埃尔·皮埃特（Jean-Pierre Petit）则建议用爆炸式通量压缩发生器取代庞大的“马可夫发生器+导线+水池”组合，这是一种超紧凑的设备，可产生1亿安培，由安德烈·萨哈罗夫（Andrei Sakharov）在50年代发明（MK-2发生器），或更完善的变种（如快速的DEMGS发生器）。事实上，俄罗斯人已经精通了“高脉冲功率”的艺术。请参阅页面俄罗斯MHD机器的基本原理。
下图仅是示意图。这只是一个“大学或高等学院实验室”的简单操作，目的是初步了解这些问题。萨哈罗夫发生器，带有其线圈，可以产生非常高的电流，但放电时间太长。要了解一种超快速的爆炸式发生器，请参见俄罗斯DEMGS发生器，非常巧妙（请参见本页中间）。
一个示意图，暗示Z机器与萨哈罗夫发生器的耦合
右侧：MHD感应发生器，简单的线圈围绕目标。底部：超快速铆接开关，由炸药驱动
但美国似乎现在出现了一条有希望的途径，得到了俄罗斯的支持：一种称为LTD（线性变压器驱动器）的发电机，其快速进展在2007年4月被桑迪亚实验室大肆宣传。请参阅：
Z机器增加LTD --- ---