超过二十亿度！马尔科姆·海恩斯论文分析（2006年4月）

超过二十亿度！马尔科姆·海恩斯论文分析（2006年4月）

超过二十亿度！
马尔科姆·海恩斯的文章

发表于2006年2月24日《物理评论快报》

更新于2006年7月16日（Z-machine电流上升曲线底部数据）

****2008年3月18日更新。根据《科学与未来》杂志发表的一篇文章

**papier_Haines.htm#vilnius ** ****

铁

对于非科学家

读者询问这些超过二十亿度的离子温度是否确实被测量过。答案是肯定的。然而，早在1998年，在使用Z机进行的等离子体压缩实验中，就观察到了一个令人困惑的现象。这些实验涉及各种配置。例如，当“鸟笼”坍缩时，会向中心喷射“气体喷射”，即“气体喷射”，此时气体被压缩。X射线的发射允许测量电子温度。等离子体是一种“两种成分”的混合物：重的离子和轻的电子。在“铁等离子体”中，即“电离铁”，核（56个核子，26个质子）比电子重100,000倍（核由质量非常接近的“核子”组成：质子和电子。一个电子比质子轻1850倍）。

氖灯中也含有“这两种成分”，即电子和氖离子（即使在这种情况下，它们并未完全失去“电子壳”）。当灯工作时，它包含一个“双温度”混合物，其中由原子组成的气体，氖离子保持寒冷。（你可以用手触摸灯），但“电子气体”却非常热，达到10,000度。为什么你用手感觉不到这种热量？因为电子，可怜的，太吝啬了，无法向你传递能量，热量。但它们有足够的能量通过碰撞激发涂在灯内壁的荧光涂层。这就是为什么它们被称为荧光灯。荧光是指吸收辐射并将其在不同频率下重新发射的能力。例如，荧光素吸收太阳辐射并发出绿色光。尼龙衬衫可以吸收紫外线并发出可见光（这就是夜店的“黑光”）等。氖灯的白色涂层被具有紫外线能量的电子轰击，但当它们撞击涂层的物质时，会引发可见光的再发射。这种涂层的组成方式使得再发射的光尽可能接近可见光。但并不完全如此。这就是为什么氖灯的光看起来如此“奇怪”。

要记住的是，存在“双温度”介质。这种现象的原因是管内的电场，与电极的电压有关，优先将能量传递给电子，然后通过碰撞传递给离子。但因为电子气体和离子气体之间的能量传递效率不高，所以可以有非常大的温度差。特别是由于介质是稀薄的。如果灯泄漏，压力增加，这种“非平衡状态”就会立即消失。与离子强耦合的电子气体迅速冷却。然后这些电子，不再那么“活跃”（气体中的绝对温度对应于热运动），回到原子上，重新电离，变回中性。

Z机的实验导致了一个非常奇特的情况。存在两种成分：

• 电子气体

• 离子气体（在不锈钢中，主要是带正电的铁核）

从1998年起，人们试图解释他们的测量结果时，只能获得电子温度，通过测量X射线的发射。为什么在这些实验中电子气体是这种辐射的主要来源？因为等离子体周围有一个非常强的磁场。当以40,000公里/秒的速度进入这个强磁场区域时，电子会螺旋运动。然后它们“尖叫”，发出“制动辐射”。实验者通过测量这些X射线的发射来测量电子气体的温度：在本文所述的实验中，温度为3500万度。

但通过公式（“贝内特关系”），如果他们试图评估铁离子的温度以抵消等离子体外的巨大“磁压”，他们不得不承认这种温度必须显著更高。从1998年起，无论进行什么实验，这种温度差都显而易见。为了防止等离子体被磁压瞬间压碎，必须有这些高值。可以看出，这暗示了一种非平衡状态（在热力学平衡中，混合气体中所有成分的温度都是相等的），一种与氖灯相反的双温度状态，这一次是离子气体比电子气体更热。

简单说明：什么创造了“热力学平衡”？是粒子之间的能量交换，通过碰撞。例如，能量是动能。

。为什么是下标i？因为等离子体是不同种类的混合物，v是热运动速度，而是“均方根速度”。因此，>是该种类的平均动能，这正是绝对温度的定义，它根据关系式：

其中k是波尔兹曼常数，等于1.38 × 10

在碰撞中，粒子交换能量。这种现象趋向于能量的均分。当涉及纯动能时，不同种类倾向于获得相等的热运动动能。因此，绝对温度相等：

设两个粒子质量不同m和m，i是较轻的。

气体动力学理论告诉我们，碰撞中动能转移的速率与质量比成正比。

如果质量相差很大，那么可以注意到，在给定温度下（足够高以使介质电离，有自由电子）质量的差异使得电子和离子的热运动速度非常不同。假设一个氢-氘-氚等离子体，平均原子量为2.5（氘为2，氚为3）。设想离子气体处于1亿度（在托卡马克中）。热运动速度为：

约为 (3kT

一个质子重1.6 × 10

公斤

氢离子的平均质量是1.6 × 10

2.5，即4 × 10

公斤

因此，在托卡马克中，氢离子的平均热运动速度为，约

米/秒，即

公里/秒

。一个有趣的数字。在托卡马克中，热力学平衡状态被设定。电子气体的温度与离子相同。但电子的热运动速度高于离子，其比例是质量比的平方根的倒数。

电子的质量是

= 0.91 × 10

公斤

在重氢等离子体中，质量比为4400，热运动速度比为该数的平方根，即66。因此，托卡马克中电子的热运动速度是离子的66倍，即66,000公里/秒，约为光速的20%。简单说明。

在Z机的铁等离子体中，质量比达到100,000。在平衡的铁等离子体中，电子和铁离子的热速度比为316。但正如我们将看到的，Z机的铁等离子体非常远离平衡。与荧光灯的不同之处在于，这次电子温度比离子温度低100倍。因此，这是一种新的等离子体状态

反向非平衡状态

这是一种新奇的、尚未完全了解的介质，需要进一步探索。实际上，这是一个真正的实验和理论家的“西部荒野”。Z机首先是一个强大的电力发生器：

桑迪亚Z机，2007年之前

（此后进行了修改，变成了ZR，Z“重新制造”）

它在100纳秒内输出1800万安培的脉冲。一纳秒是十亿分之一秒。电流线性上升：Z机电流上升曲线（在ZR中类似）

ZR机器，自2007年起运行，可达到2600万安培，仍为100纳秒

Z机将电流送入一个“导线套筒”，一种类似鸟笼的装置，高5厘米，直径8厘米，由240根不锈钢导线组成，比头发还细：。

“导线套筒”结构

因此，每根导线通过：

75,000安培

每根导线产生一个磁场，与相邻导线根据洛伦兹力I B相互作用。这些力是向心力，试图将所有这些导线沿系统轴聚集。

洛伦兹力试图将导线沿系统轴聚集

这个图曾让Gerold Yonas印象深刻，他是机器的发明者

随着导线的汇聚，它们逐渐升华：

等离子体壳的形成

（Mathias Bavay的论文）

正是这种导线结构保持了轴对称性，防止了MHD不稳定性出现。关于这种导线套筒在压缩过程中的行为，意见不一。导线被铁等离子体包覆。实验表明，导线在下游留下一种“彗尾”，占其质量的30%。

这种压缩的图可以计算（见下文）。由于笼子半径为4厘米，时间为100纳秒，平均收敛速度为400公里/秒。实际上，在接触前有一个加速。离子在撞击前的速度在550到650公里/秒之间。轴对称性的保持使铁等离子体在压缩结束时形成一个1.5毫米直径的细丝。

离子和电子以相同的速度向轴心汇聚。由于强烈的静电作用力，无法将两种群体分开。当这些粒子（铁离子和电子）在轴附近相互碰撞时，会发生热化，即原则上，与径向速度相关的动能会分散到所有方向。这对离子和电子都适用。

暂时忽略电子，想象一种质量等于铁离子的质量的物体，在轴附近以650公里/秒的速度运动。

铁离子的质量是9 × 10

公斤

我们可以写：

V = 600公里/秒

我们得到离子温度为9.25亿度。将这种径向速度转换为离子的热运动速度。

对电子进行同样的计算，我们得到温度低100倍，约9250度。一种强大的反向非平衡状态。然后碰撞开始起作用。对于离子，Malcom Haines计算出弛豫时间（离子气体的热化时间，速度分布的建立时间）为37皮秒，即3.7 × 10

秒。这个时间比等离子体以细丝形式保持的“停滞时间”要短得多。

测量（通过“制动辐射”电子-离子相互作用的X射线发射）给出温度为3000万度。因此，电子气体被加热了。我们将在后面分析这一点。通常，我们用电子伏特来表示高温，根据关系：

eV = kT

其中e（单位电荷）= 1.6 × 10-19库仑

如果一个介质的温度以“电子伏特”表示为1“eV”，这对应于温度：

T = e / k = 11,600°K

由于我们通常用数量级来表示，我们习惯于将电子伏特转换为开尔文温度，只需：

T = 10,000 V

因此，1 keV（千电子伏特）等于10,000°

X射线发射测量给出30 keV的温度，约3000万度。

另一个问题：我们发现离子气体比通过简单热化得到的温度高3到4倍。温度测量值超过20亿度，甚至达到最大值37亿度。那么能量来自哪里？我们将在后面讨论这个问题；

温度测量是通过经典的多普勒效应光谱线宽化方法进行的。核（如原子、分子）根据一定的光谱发射辐射，呈现出特征线。

如果介质相对较冷，这些线是狭窄的。

“相对较冷”的不锈钢光谱发射

我们识别出铬的线（最左边的）以及锰、铁和镍的线。

在这不锈钢中，碳占混合物的0.15%，其线不可见。

这些线对应于电子激发。围绕核运行的电子位于特定轨道上，这是由于量子力学（轨道的量子化）的原因。任何来源的能量输入都可以引起“跃迁”，即电子轨道的改变。这种改变总是朝着电子迁移到更远轨道的方向，代表更多的能量。不需要做复杂的计算来理解这个概念。你很清楚，要将质量为M的电荷放在轨道上，轨道越高，需要的火箭越强大。因此，能量输入使电子处于“更高”的轨道，远离核。它不会在那里停留太久（这些激发态有寿命），并在几纳秒内回落到更靠近核的轨道。在此过程中，它失去能量，以光子的形式发射，其能量等于两个轨道能量的差。因此，形成了“线”光谱。

一个像铁这样的原子有26个电子。

它们都能进行轨道变化，回落，不一定是初始轨道。因此，光谱由许多线组成。有些线比其他线高。这些“线的高度”对应于该频率的发射功率。一条线测量了特定跃迁的贡献。某些跃迁比其他跃迁更可能。这些更可能的跃迁，因此更频繁的，将提供大部分辐射。看一下上面的图，可以看到，对于温度在58,000（5电子伏特）到116,000 K（10电子伏特）之间的不锈钢，最强的发射来自铬线。锰线“较弱”。在这些温度下，原子已经失去了大量电子。但仍有剩余。有多少？我没有书可以告诉你。剥离是渐进的。我不知道需要将铁或铬加热到什么温度才能完全剥离，即最后一个电子被移除。这可以计算。这是需要提供给带有26个正电荷核的最后一个电子的能量。

在桑迪亚实验中测量的是电子的激发-去激发光谱。

线宽化与多普勒-斐索效应有关。

同种材料在数千亿度时的光谱。多普勒效应导致线宽化

对应于特定轨道跃迁的频率（即线）会更高，如果原子靠近观察者，而更低，如果它远离（这就是“红移”）。因此，热运动

使线变宽

。这些可靠测量已经进行，并确认了离子温度的高值，达到数十亿度（

26.6亿到37亿度之间

2005年5月桑迪亚Z机的结果。

黑色：离子温度上升。蓝色：等离子体直径。

横轴：时间（纳秒）

（一纳秒代表十亿分之一秒）

温度的跃升不是普通事件。这是一个重大的科学发现，很可能对我们的全球社会产生深远的影响。

因此，离子比电子热100倍。

直到现在，这是唯一的解释，但这次可以测量，且在完全可重复的实验中。此外，这种离子温度

随时间增加。

最后，电子气体以X射线形式发出的能量被证明是钢丝束在轴上聚集时所具有的动能的3到4倍。

海恩斯及其合作者在随后的论文中试图解开这个谜。这种能量来自哪里？

当启动Z机时，能量以多种形式分布。有等离子体的热能，对应于其成分的动能总和（主要是铁离子的动能）。但还有另一种更难理解的能量：

磁能

，分布在围绕轴上等离子体细丝的整个空间中。因此，海恩斯建议可能产生“MHD不稳定性”，使等离子体恢复部分能量。正如文章中所提到的，这种理论非常初步，没有任何“模拟”。结论只是“这种加热可能是由于这种现象”。他顺便指出电子和离子之间碰撞耦合的微弱，这解释了X射线发射的时间延迟。这种现象首先加热离子，然后离子将部分能量传递给电子气体，使其成为辐射体（通过制动辐射）。因此，测量（四个点）

显示铁离子气体继续加热

。最大温度显然尚未达到。然而，测量的铁离子温度达到37亿度！这是ITER无法超越的1亿度的37倍。

迪尼说，面对这样的结果，他反复进行了实验和测量，以确保无误。请注意，文章标题中写道：“超过二十亿度”。从逻辑上讲，研究人员应该提到最大值37亿度。我们可以称之为一种……面对结果的巨大而表现出的谦虚。

要记住的是，5亿度时可以融合锂和氢，产生氦和没有中子。10亿度时可以实现“纯净的聚变”，仍然没有放射性或废物（只有氦）：硼和氢的聚变。那么37亿度甚至更高能做什么？如果离子温度继续上升，可以合理地认为可以达到更高的离子温度。

一个注释。在这些实验中，Z机的电流强度（1800万到2000万安培）不能无限维持。这是一种放电：电流随时间增加，达到峰值，然后减少。在Z机中，脉冲持续100纳秒。另一个方面：如果海恩斯正确，等离子体细丝周围的磁场含有大量能量。因此，如果保持电流，这个磁场将继续“滋养”等离子体，使离子温度上升。因此，这37亿度不是上限，没有人能说出用这种装置可以达到的温度。

这些实验的第一个结果可能是“无污染的纯净聚变”，使用锂和氢的混合物（锂存在于海水和盐水中，全球各地都有。目前价格是每公斤59美元，含税）。这是能源的黄金时代（加上便宜的纯氢弹，供所有人使用）。如果这一切得到证实，世界上没有任何国家可以声称拥有地球上的锂储量。由于锂存在于海水中，这些全球储量在理论上是无限的。

由于超新星中的温度是十亿度，通过聚变反应，它能够创造出元素周期表中的所有元素（以及它们的放射性同位素，寿命长短不一）。如果有一天Z机能够达到十亿度，那么在实验室中就实现了自然界在宇宙中能够实现的最高温度。这种进步在核物理和我们整体的物理学中代表了巨大的变化。

迄今为止，我们只是“余烬”。这一步真正是核火的发明。

我们说，在碰撞中动能的传递率将与质量比成正比。

如果质量相差很大，顺便说一下，在给定温度下（足以使介质电离，存在自由电子），质量的差异使得电子和离子的运动速度有很大不同。以氢-氘-氚等离子体为例，其平均原子质量为2.5（氘为2，氚为3）。假设离子气体温度为1亿摄氏度（在托卡马克中）。热运动速度为：

大约是 (3 k T

一个质子重 1.6 × 10

千克

因此，氢离子的平均质量是 1.6 × 10

2.5，即 4 × 10

千克

因此，在托卡马克中，氢离子的平均热运动速度为 10

米/秒，即 1000 公里/秒。这是一个值得注意的数字。在托卡马克中，热平衡状态由等离子体的温度决定。电子气体的温度与离子的温度相同。但电子的运动速度比离子高，其比例是质量比的平方根的倒数。

电子的质量是

= 0.91 × 10

千克

在重氢等离子体中，质量比为 4400，热运动速度比为该数的平方根，即 66。因此，在托卡马克中，电子的热运动速度比离子高 66 倍，即 66000 公里/秒，约为光速的 20%。这是一个简单的观察。

在 Z 机器的铁等离子体中，质量比达到 100000。在平衡的铁等离子体中，电子和离子的热速度比为 316。但正如我们将在后面看到的，Z 机器的铁等离子体非常远离平衡。与荧光灯的不同之处在于，这次电子温度比离子温度低 100 倍。因此，这是一种新的非平衡等离子体状态。

这是一种新物质，尚不为人知，需要探索。实际上，对实验者和理论家来说，这是一个真正的“西部荒野”。Z 机器首先是一个强大的电力发生器：

Sandia 的 Z 机器，2007 年前

（之后进行了修改，变成了 ZR，即“重新制造”的 Z）

它在 100 纳秒内释放 1800 万安培的脉冲。一纳秒是一秒的十亿分之一。电流强度线性增加：Z 机器中电流上升曲线（在 ZR 中类似）。

ZR 机器自 2007 年起运行，可达到 2600 万安培，仍在 100 纳秒内。

Z 机器将电流送入一个“丝状套筒”，一种高 5 厘米、直径 8 厘米的丝状笼子，由 240 根比头发还细的不锈钢丝组成：。

“丝状套筒”结构

因此，每根丝中通过的电流是：

75000 安培

每根丝产生一个磁场，与邻近的丝根据拉普拉斯力 I B 相互作用。这些力是向心力，试图将所有这些丝沿系统轴线聚集。

拉普拉斯力试图将丝沿系统轴线聚集

这个图在 Gerold Yonas 那里有很多，他是这台机器的发明者

随着丝金属的汇聚，它们逐渐升华：

等离子体壳的形成

（Mathias Bavay 的论文）

正是这种丝状结构维持了轴对称性，防止了 MHD 不稳定性的出现。对于这种丝状套筒在压缩过程中的行为，人们的看法不一。丝被铁等离子体包层包围。实验表明，丝在后面留下一种“彗尾”，代表其质量的 30%。

这种压缩的图可以计算（见下文）。由于笼子半径为 4 厘米，时间为 100 纳秒，平均收敛速度为 400 公里/秒。实际上，在接触前有一段加速。离子在撞击前的速度在 550 到 650 公里/秒之间。轴对称性的维持使得铁等离子体在压缩结束时形成一个 1.5 毫米直径的束。

离子和电子以相同的速度向轴线汇聚。由于强烈的静电作用力，无法将两种种群分开。当这些粒子（铁离子和电子）在轴附近相互碰撞时，会发生热化，也就是说，原则上，与径向速度相关的动能会分散到所有方向。这对离子和电子都适用。

暂时忽略电子，想象一个质量等于铁离子的质量的粒子，在轴附近以 650 公里/秒的速度运动。

铁离子的质量是 9 × 10

千克

我们可以写成：

V = 600 公里/秒

我们得到离子温度为 9.25 亿摄氏度。这是将径向速度简单转换为离子热运动速度。

对电子进行同样的计算，我们得到温度低 100 倍，约为 9250 摄氏度。这是一种强大的逆向非平衡状态。此时碰撞开始起作用。对于离子，Malcom Haines 计算得出，弛豫时间（离子气体的热化时间，速度分布的建立时间）为 37 皮秒，即 3.7 × 10

秒。这个时间比等离子体以超密集、超热的束形式存在的“停滞时间”要短得多。

测量（通过“制动辐射”发射 X 射线，电子-离子相互作用）给出的温度为 3000 万摄氏度。因此，电子气体被加热了。我们将在后面分析这一点。通常，我们用电子伏特来表示高温，根据关系：

eV = kT

其中 e（单位电荷）= 1.6 × 10-19 库仑

如果一个介质代表一个温度，以“电子伏特”表示，那么 1 电子伏特对应温度：

T = e / k = 11600 K

由于我们通常按数量级来考虑，我们习惯将电子伏特转换为开尔文温度，只需简单地：

T = 10000 V

因此，1 千电子伏特（keV）等于 10000 摄氏度。

X 射线发射的测量结果给出温度为 30 keV，约等于 3 亿摄氏度。

另一个问题是，我们发现离子气体比通过简单热化得到的温度高 3 到 4 倍。温度测量结果高于 20 亿摄氏度，甚至达到最大值 37 亿摄氏度。那么能量来自哪里？我们将在后面讨论这一点。

使用经典的多普勒效应光谱线展宽方法测量了温度。原子核（如原子、分子）根据特定的光谱发射辐射，表现出特征谱线。

如果介质相对较冷，这些谱线很窄。

“相对较冷”的不锈钢光谱发射

我们识别出铬的谱线（最左边的），然后是锰、铁和镍的谱线。

在不锈钢中，碳占 0.15%，其谱线不可见。

这些谱线对应于电子激发。围绕原子核运行的电子在特定轨道上，这是由于量子力学（轨道的量子化）的原因。任何来源的能量输入都可以引起“跃迁”，即电子轨道的改变。这种改变总是朝着更远离原子核的轨道，代表更高的能量。不需要复杂的计算来理解这个概念。你很清楚，将质量为 M 的电荷送入轨道，轨道越高，需要的火箭越强大。因此，能量输入使电子处于“更高”的轨道，更远离原子核。它不会停留太久（这些激发态有寿命），很快就会在几纳秒内回落到更靠近原子核的轨道。在此过程中，它会失去能量，以光子的形式发射，其能量等于两个轨道能量之差。这就是“谱线”产生的原因。

铁原子有 26 个电子。

它们都能进行轨道变化，回落，不一定回到原来的轨道。因此，光谱由许多谱线组成。有些比其他高。这些“谱线高度”代表什么？代表该频率下发射的功率。一条谱线表示特定跃迁的贡献。某些跃迁比其他更有可能发生。这些最可能的跃迁，因此更频繁，将提供大部分辐射。看一下上面的图，可以看到，对于温度在 58000（5 电子伏特）到 116000 K（10 电子伏特）之间的不锈钢，最强的发射来自铬的谱线。锰的谱线“较弱”。在这些温度下，原子已经失去了很多电子。但仍有剩余。有多少？我没有书可以查，无法告诉你。去壳是渐进的。我不知道在什么温度下需要将铁或铬加热才能完全去壳，即最后一个电子被剥离。这可以计算。这是将最后一个电子从带有 26 个正电荷的原子核上剥离所需的能量。

在 Sandia 的实验中测量的光谱是电子的激发-去激发光谱，这些电子仍然围绕着原子核。

谱线展宽与多普勒-斐索效应有关。

同种材料被加热到数十亿摄氏度的光谱。多普勒效应导致谱线展宽

对应于特定轨道跃迁（特定谱线）的频率，如果原子靠近观察者会更高，远离则更低（这就是“红移”）。因此，热运动

展宽了谱线

。这些测量是可靠的，确认了离子温度的高值，达到数十亿摄氏度（26.6 到 37 亿摄氏度）。

2005 年 5 月 Sandia Z 机器的结果。

黑色是离子温度的上升。蓝色是等离子体的直径。

横坐标：时间（纳秒）

（1 纳秒是 10 亿分之一秒）

温度的跃升不是普通事件。这是重大的科学发现，很可能对我们的全球社会产生深远影响。

因此，离子比电子热 100 倍。

到目前为止，这是唯一的解释，但这一次可以测量，在完全可重复的实验中。更重要的是，这种离子温度

随时间增加。

最后，电子气体以 X 射线形式发射的能量是铁丝“丝状套筒”在轴上聚集时所具有的动能的 3 到 4 倍。

Haines 和他的合作者在随后的论文中试图解开这个谜。能量来自哪里？

当 Z 机器启动时，能量以多种形式分布。有等离子体的热能，对应于其成分（主要是铁离子的动能）的总动能。但还有另一种更难理解的能量：

磁场能量

，分布在围绕轴上形成的细小等离子体束的整个空间中。因此，Haines 建议“MHD 不稳定性”可能产生，使等离子体恢复部分这种能量。正如文章中所提到的，这种理论非常初级，没有任何“模拟”。结论只是“这种加热可能是由于这种现象”。他顺便指出电子和离子之间的碰撞耦合很弱，这解释了 X 射线发射的延迟。这种现象首先加热离子，然后离子将部分能量传递给电子气体，后者因此发射（通过制动辐射）。因此，测量（四个点）

显示铁离子气体继续加热

。最大温度显然尚未达到。然而，铁离子的温度测量值达到 37 亿摄氏度！是 Iter 无法超越的 1 亿摄氏度的 37 倍。

Deeney 说，面对这样的结果，他反复进行了实验和测量，以确保正确性。请注意，文章标题中写着：“超过 20 亿摄氏度”。从逻辑上讲，研究人员应该提到最大值 37 亿摄氏度。我们可以称之为一种……对结果巨大程度的羞怯。

要记住的是，5 亿摄氏度就可以使锂和氢发生聚变，产生氦而不是中子。10 亿摄氏度时，可以实现一秒钟的“纯净聚变”，仍然没有放射性或废物（只有氦）：硼和氢的聚变。那么，37 亿摄氏度甚至更高能做什么？如果离子温度继续上升，可以合理地认为可以达到更高的离子温度。

顺便说一句，在这些实验中，Z 机器产生的电流（1800 万到 2000 万安培）不能无限维持。这是一种放电：电流随时间增加，达到峰值，然后下降。在 Z 机器中，脉冲持续 100 纳秒。另一个方面：如果 Haines 是正确的，等离子体束周围的磁场包含大量能量。因此，如果保持电流，这个磁场将继续“滋养”等离子体，使离子温度上升。因此，这 37 亿摄氏度并不是上限，没有人能说出用这个装置能达到的温度。

这些实验的第一个结果可能是“无污染的纯净聚变”，使用锂和氢的混合物（锂存在于海水和盐水中，全球各地都有。目前价格是每公斤 59 美元，含税）。这是能源领域的黄金时代（再加上廉价的纯氢弹，供所有人使用）。如果这一切得到证实，世界上任何国家都无法声称拥有地球上的锂储量。因为锂存在于海水中，这些全球储量在理论上是无限的。

因为超新星中的温度是 100 亿摄氏度，通过聚变反应，它能够产生元素周期表中的所有元素（以及其放射性同位素，寿命长短不一）。如果有一天 Z 机器能够达到 100 亿摄氏度，那么在实验室中就实现了宇宙中自然能够实现的最高温度。这种飞跃代表了核物理和我们整体物理的一次重大变革。

到目前为止，我们只是“余烬”。这一步真正是核火的发明。

以下是 Haines、Deeney 和其他人的文章开头：

翻译标题：

**磁流体动力学不稳定的离子粘性加热，温度超过 2 × 109 K

然后是摘要：

由金属丝组成的集合体，强烈地集中在系统的对称轴上，是目前实验室中最强的 X 射线源。但此外，在某些条件下，可以观察到一种“软”X 射线辐射，在达到最大压缩（停滞）时的 5 纳秒脉冲中，其能量超过初始动能的 3 到 4 倍。提出了一种理论模型来解释这一现象，认为这是由于磁能快速转换为离子的高温，通过快速增长的 m = 0 类型的 MHD 不稳定性。随后出现非线性饱和和离子气体的粘性加热。这种能量首先传递给离子，然后通过离子-电子碰撞传递给电子，电子随后发射软 X 射线。最近在 Sandia 获得的光谱显示，这些测量随时间扩展，确认了离子温度为 200 keV（2 亿度），与这一理论一致。因此，这创造了磁约束等离子体的温度记录。

Haines 及其合著者首先回顾了问题的根源。我们无法解释等离子体释放的能量为何是“入射”动能的 3 到 4 倍，即金属原子在轴附近相互碰撞并最终停止时的 1/2 mV2 的总和，这些动能被转化为热能。当分析数据时，能量并不匹配。系统中出来的能量比进入的多，因此必须来自某个地方。Haines 认为是磁能。这是怎么回事？

如果考虑一个由丝（240 根）组成的套筒，并在其中通入电流，可以计算其他丝产生的环形磁场。这根丝受到拉普拉斯力 J × B 的作用。很容易确定，这种力与由沿轴线布置的线性导体产生的磁场相同，该导体中流过全部电流（在 Sandia 实验中为 2000 万安培）。

这也是计算外部场值的方法，假设场由无限长的导体产生，这显然并不成立。因此，这只是一个数量级的估算。这种磁场伴随着磁压，如果以牛/平方米表示，也对应于焦耳/立方米。磁压是一种体积能量密度。我们评估了由无限长线性导体产生的这种能量。

在丝束附近，可以近似地计算磁场，从而计算半径为 r 和 dr 的圆柱体之间的磁能。

设 rmin 为等离子体的最小半径。显然，从该值积分到无限远是没有意义的，因为该公式只适用于可以认为长度无限的线性导体。但如果我们写：

我们看到，金属原子包在系统轴附近越集中，该物体附近的磁压能量就越大。因此，Haines 认为这是增加离子温度的能源，这些离子已经将它们的动能转化为热运动动能。如果 V 是离子在碰撞时（“停滞”时）的径向速度，我们可以简单地计算这种热运动速度：

使用这个公式意味着“铁离子气体”是“热化的”，已经获得了麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布。但正如 Haines 后面会证明的，这种介质中的弛豫时间非常短。

tii，介质中的弛豫时间：37 皮秒（Haines）

此外，与电子气体的能量耦合也很弱。此外，重新分配的能量只能以动能（离子和电子的热运动动能）的形式出现。因此，这个非常简单的公式是有效的。最后，假设离子气体没有从其他能源获得能量，我们将在后面看到这是事实。

因此，以 1000 公里/秒的速度，确实可以达到 20 亿摄氏度。当系统从“独立丝”配置变为“等离子体环”配置时，什么时候发生？论文没有说明。如果丝的半径为 4 厘米，冲击时间为 100 纳秒，平均径向速度为 400 公里/秒，这是最小值。铁原子重 9 × 10-26 千克，但如果这是离子在碰撞时的速度，我们仍然可以得到 34800 万摄氏度。这只是一个平均速度。当写出运动的微分方程时，最后会有显著的加速度。还必须考虑到放电不是恒定电流。I 随时间增加。我们有：

M 表示每米的丝质量。我们看到，在放电结束和行程结束时，加速度增加。速度迅速上升。Haines 写道：

There has been some difficulty in understanding how theradiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1– 4], and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and electron temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories [5,6] have been developedto explain the additional heating, but neither of these have addressed the pressure imbalance.

在理解 Z 阵列丝压缩冲击中辐射能量为何可以达到动能的 4 倍，以及如果离子和电子温度相等，等离子体压力是否足以在停滞时平衡磁压方面存在一些困难。事实上，理论上，过量的磁压应该继续压缩等离子体，导致辐射坍塌。一些理论 [5,6] 被提出以解释额外的加热，但这些理论都没有解决压力不平衡的问题。

There has been some difficulty in understanding how theradiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1– 4], and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and electron temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories [5,6] have been developedto explain the additional heating, but neither of these have addressed the pressure imbalance.

在理解 Z 阵列丝压缩冲击中辐射能量为何可以达到动能的 4 倍，以及如果离子和电子温度相等，等离子体压力是否足以在停滞时平衡磁压方面存在一些困难。事实上，理论上，过量的磁压应该继续压缩等离子体，导致辐射坍塌。一些理论 [5,6] 被提出以解释额外的加热，但这些理论都没有解决压力不平衡的问题。

There has been some difficulty in understanding how theradiated energy in a wire-array Z pinch implosion could be up to 4 times the kinetic energy [1– 4], and also how the plasma pressure could be sufficient to balance the magnetic pressure at stagnation if the ion and electron temperatures were equal. In fact, theoretically the excess magnetic pressure should continue to compress the plasma leading to a radiative collapse. Some theories [5,6] have been developedto explain the additional heating, but neither of these have addressed the pressure imbalance.

在理解 Z 阵列丝压缩冲击中辐射能量为何可以达到动能的 4 倍，以及如果离子和电子温度相等，等离子体压力是否足以在停滞时平衡磁压方面存在一些困难。事实上，理论上，过量的磁压应该继续压缩等离子体，导致辐射坍塌。一些理论 [5,6] 被提出以解释额外的加热，但这些理论都没有解决压力不平衡的问题。

看看引用的参考文献：

[1] C. Deeney 等，Phys. Rev. E 56, 5945 (1997)。

[2] C. Deeney 等，Phys. Plasmas 6, 3576 (1999)。

[3] J. P. Apruzese 等，Phys. Plasmas 8, 3799 (2001)。

[4] C. A. Coverdale 等，Phys. Rev. Lett. 88, 065001 (2002)。

[5] L. I. Rudakov 和 R. N. Sudan，Phys. Rep. 283, 253 (1997)。

[6] A. L. Velikovich, J. Davis, J.W. Thornhill, J. L. Giuliani,

参考文献（1）可以追溯到 1997 年。因此，早在那时，这种未解释的现象就已经被观察到。Deeney 是 Z 机器实验的负责人。我没有读过这些文章。如果有人能以 PDF 格式发送给我，我可以阅读并提供额外的评论。

直接跳到论文的结论：

**

In conclusion, it appears that short wavelength m = 0 MHD instabilities at stagnation in low mass implosions provide fast viscous heating of ions to record temperatures of over 200 keV. Such temperatures have been measured, the energy coming from conversion of magnetic energy on a 5 ns time scale. The ions heat the electrons which immediately radiate the energy. Furthermore, the broadened spectral lines arising from the high ion temperature will permit a greater radiative power to occur due to decreased opacities. The proposed mechanism provides a plausible explanation of several phenomena of fundamental importance to Z pinch dynamics including pressure balance at stagnation, the absence of radiative collapse, the significant excess of x-ray radiation

结论是，在低质量压缩的停滞状态下，短波长 m = 0 MHD 不稳定性提供了离子的快速粘性加热，达到超过 200 keV（20 亿摄氏度）的记录温度。这些温度已被测量，能量来自 5 纳秒时间尺度上的磁能转化。离子加热电子，电子立即辐射能量。此外，由于离子高温导致的谱线展宽，由于透明度降低，将产生更大的辐射功率。提出的机制为 Z 挤压动力学中几个基本现象提供了合理的解释，包括停滞时的压力平衡、无辐射坍塌、X 射线的显著过量辐射。

总之，似乎在低质量内爆中，停滞状态下短波长m = 0 MHD不稳定性导致离子快速粘性加热至超过200 keV的记录温度。这种温度已经被测量到，能量在5纳秒的时间尺度上由磁能转化而来。离子加热电子，电子立即辐射能量。此外，由于光学厚度降低，来自高离子温度的光谱线展宽将允许更大的辐射功率。所提出的机制为Z箍缩动力学中几个基本现象提供了合理的解释，包括停滞时的压力平衡、无辐射坍缩、以及显著的X射线辐射过剩。

在结论中，似乎在低质量内爆中，停滞状态下短波长m = 0 MHD不稳定性导致离子快速粘性加热至超过200 keV的记录温度（即20亿度）。这种温度已经被测量到，能量在5纳秒的时间尺度上由磁能转化而来。此外，由于离子温度较高而引起的光谱线展宽将导致由于光学厚度降低而产生更大的辐射功率。所提出的机制为Z箍缩动力学中几个基本现象提供了合理的解释，包括停滞时的压力平衡、无辐射坍缩以及显著的X射线辐射过剩。

论文中的公式（1）被引用为“本内特关系”，其可追溯至1934年（在参考文献（1）中提及）。可以很容易地重新推导出该公式。它简单地表示磁压等于等离子体中的压力。磁压在上方已给出。等离子体的总压力被表示为构成其贡献的部分压力之和：

• 电子气体的压强为ne k Te

• 离子气体的压强为ni k Ti

其中k是玻尔兹曼常数。

如果Z是电离度，

则ne = Z ni

如果这些绝对温度以电子伏特而非开尔文表示，并且

k T = e V

那么等离子体中的压强为：

ni e ( Ti + Z Te )

我们可以看到“本内特关系”的第二部分。我们之前已经证明：

r 是等离子体束沿轴线的最小半径。本内特随后引入了每米线圈中的离子数Ni。

这给出了（本内特，1934）

这个表达式很特别，因为等离子体束的最小半径并未出现。为什么？

当等离子体束收缩时，作用在它上面的磁压随着半径的平方的倒数而增加。但离子密度也以同样的方式增加。这抵消了这一点。实际上，有趣的是，离子温度和电子温度之间的显著差异并不依赖于沿轴线的等离子体束的最终半径，该半径可以非常小。我们有一个微分方程，它给出了等离子体半径r随时间变化的演变：

我们可以计算曲线的形状（前提是拥有电流I(t)的上升规律，这是问题的一个“输入”参数。原则上在Z机器中，这种上升几乎是线性的，除非有错误）。r的下降加剧。我的意思是，随着r的减小，压缩速度增加。如果r变为零，压缩速度将变得无限大。但当我们写下这个方程时，我们忘记了一些东西：抵抗压缩的压力。我们需要考虑这一点。因此，这个问题比看起来更复杂。这种抵抗压缩的压力取决于离子温度。然而，我们无法对其进行建模，因为根据Haines的说法，其增长依赖于我们无法处理的现象：通过MHD微不稳定性加热等离子体。

结论是：在试图建模时，必须知道何时停止并不再考虑所有参数。我们确实有公式：

但我们不知道压缩结束时离子的速度V。引入平均速度（线圈半径除以压缩时间）没有太多意义，因为速度在压缩结束时增加。

Haines随后引用了Z机器的一个特定实验，Z1141，其中每米线圈的质量为450毫克不锈钢丝（4.5×10-5 kg/m），排列成两个同心环，第一个直径为55毫米，质量是第二个（直径27.5毫米）的两倍。

稍后，Haines将使用Ni（每米离子数）为3.41×1020。如果铁原子的质量为9×10-26公斤，当我将4.5×10-5 kg/m除以这个质量时，我得到5×1020。但他指出，在压缩过程中有30%的质量“在途中丢失”。因此，我们大致得到了他的数字。

他指出，电子温度的测量结果在停滞时为3 keV，即3500万度。他指出，电流在100纳秒内上升到18兆安。他估计30%的物质“在途中丢失”，但70%到达了目的地。事实上，这在所有使用丝状线圈的实验中都得到了证实（Bavay的论文）。在坍缩期间，这些丝“像彗星一样蒸发”，留下“在它们后面”的等离子体轨迹，其质量可能占丝质量的30%到50%。

使用Ni = 3.41×1020每米离子和Z = 26（铁），应用本内特关系，电荷单位e = 1.6×10-19（库仑）

mo = 4π×10-7 MKSA

计算（Ti + Z Te）：

这相当于34.4亿度。当等离子体束的直径达到最小值时，离子温度的测量值为270 keV，即31.2亿度。考虑到误差范围，这种一致性简直令人惊叹。

2006年6月26日

如何评估实验装置中的离子温度（J.P.Petit，2006年6月27日）

重新审视建立描述线圈元素受电磁力作用的微分方程的细节。重新审视这一切。我们很容易得出，由沿圆柱排列的丝帘产生的磁场等同于由沿轴线放置的单根丝产生的磁场，该丝通过全部电流。即：

有n根丝。每根丝中通过的电流为I/n。该电流受到单位长度的洛伦兹力：

设M为线圈单位长度的质量。在丝未蒸发之前，通过写出：

其中I随时间变化，当然。但这是一组微分方程的输入数据。

现在，将丝替换为金属蒸汽。更准确地说，将整个丝系统替换为一个等离子体圆柱，即“箍缩”。该圆柱仍然通过电流I。在表面，我们可以通过相同的公式计算磁场B。但我们也可以引入一种压力，这种压力试图阻止这种压缩。这种压力是离子压力

我们无法控制它，因为它的产生依赖于通过MHD不稳定性传递给离子的能量，根据Haines的说法，这种能量传递方式尚不清楚。我们有作用在每个“丝”或对应于原2π/n扇区的等离子体扇区上的洛伦兹力。作用在该扇区单位长度上的压力为：

我可以通过写出：

得到运动的微分方程。

我们有：

在方程中引入：

由于我们无法给出离子温度随时间变化的演变，因为它依赖于这种外部能量的输入，我们无法进一步深入，除非我们尝试在“停滞条件”下评估离子温度，即当加速度为零时，r" = 0。我们得到：

可以看出，这种离子温度（在粗略计算中是一个数量级），对应于“停滞条件”，取决于总电流I的平方，并且当每米离子数减少时会增加。因此，对于相同的质量和几何结构的线圈，使用更重的原子会更好，例如，如DAM（军事应用部门）的一位前员工所建议的，比如金，它柔软、易于加工，是不锈钢的四倍重。使用Sandia的Z机器配置，使用金丝可能达到十亿度的温度。

但还需要所有参数都被控制，即知道“为什么它成功了”。材料的升华速度可能起关键作用。越低，线圈保持丝状的时间越长，维持轴对称性。如果金的升华速度太高，用金代替不锈钢可能会导致结果更差。无论如何，必须尝试。当然，还要尝试使用更高的强度。美国人使用ZR，其电流将达到28兆安而不是20兆安，会得到什么？理论上，离子温度应该达到更高的值。可能达到50亿度。

如果相信这个表达式，它给出了实验的趋势，参数如何影响压缩结束时的离子温度，这表明使用与Sandia Z机器相同的装置，Gramat发生器无法超过5000万度。但可以考虑其他装置。见下文。

2006年6月26日

如何评估实验装置中的离子温度（J.P.Petit，2006年6月27日）

重新审视建立描述线圈元素受电磁力作用的微分方程的细节。重新审视这一切。我们很容易得出，由沿圆柱排列的丝帘产生的磁场等同于由沿轴线放置的单根丝产生的磁场，该丝通过全部电流。即：

有n根丝。每根丝中通过的电流为I/n。该电流受到单位长度的洛伦兹力：

设M为线圈单位长度的质量。在丝未蒸发之前，通过写出：

其中I随时间变化，当然。但这是一组微分方程的输入数据。

现在，将丝替换为金属蒸汽。更准确地说，将整个丝系统替换为一个等离子体圆柱，即“箍缩”。该圆柱仍然通过电流I。在表面，我们可以通过相同的公式计算磁场B。但我们也可以引入一种压力，这种压力试图阻止这种压缩。这种压力是离子压力

我们无法控制它，因为它的产生依赖于通过MHD不稳定性传递给离子的能量，根据Haines的说法，这种能量传递方式尚不清楚。我们有作用在每个“丝”或对应于原2π/n扇区的等离子体扇区上的洛伦兹力。作用在该扇区单位长度上的压力为：

我可以通过写出：

得到运动的微分方程。

我们有：

在方程中引入：

由于我们无法给出离子温度随时间变化的演变，因为它依赖于这种外部能量的输入，我们无法进一步深入，除非我们尝试在“停滞条件”下评估离子温度，即当加速度为零时，r" = 0。我们得到：

可以看出，这种离子温度（在粗略计算中是一个数量级），对应于“停滞条件”，取决于总电流I的平方，并且当每米离子数减少时会增加。因此，对于相同的质量和几何结构的线圈，使用更重的原子会更好，例如，如DAM（军事应用部门）的一位前员工所建议的，比如金，它柔软、易于加工，是不锈钢的四倍重。使用Sandia的Z机器配置，使用金丝可能达到十亿度的温度。

但还需要所有参数都被控制，即知道“为什么它成功了”。材料的升华速度可能起关键作用。越低，线圈保持丝状的时间越长，维持轴对称性。如果金的升华速度太高，用金代替不锈钢可能会导致结果更差。无论如何，必须尝试。当然，还要尝试使用更高的强度。美国人使用ZR，其电流将达到28兆安而不是20兆安，会得到什么？理论上，离子温度应该达到更高的值。可能达到50亿度。

如果相信这个表达式，它给出了实验的趋势，参数如何影响压缩结束时的离子温度，这表明使用与Sandia Z机器相同的装置，Gramat发生器无法超过5000万度。但可以考虑其他装置。见下文。

回到本内特公式。在Sandia实验中，测量的电子温度Te（根据X射线发射）为3 keV。使用Z = 26，我们有：

Z Te = 78

因此，压力并非来自电子气体！为了平衡磁压（本内特关系），需要离子的压力。但这些离子必须达到219 keV的温度，即……25.4亿度！事实上，必须满足：

Ti + 78（测量值）= 296

但这还不是全部。在这些实验之前，Sandia曾使用“气体喷射”（gas puff）进行Z箍缩实验，将气体喷射到系统中心并由丝状线圈压缩。

然而，在气体喷射Z箍缩压缩中也出现了同样的压力平衡差异[9]，其中在停滞时实际测量了密度和温度分布，但还存在一个至今未解释的高离子温度测量值为36 keV。

无论如何，同样的压力平衡差异在气体喷射Z箍缩实验中也被发现[9]，其中在停滞时测量了密度和温度分布，但还存在一个至今未解释的36 keV（3000万度）的高离子温度。

然而，在气体喷射Z箍缩压缩中也出现了同样的压力平衡差异[9]，其中在停滞时实际测量了密度和温度分布，但还存在一个至今未解释的高离子温度测量值为36 keV。

无论如何，同样的压力平衡差异在气体喷射Z箍缩实验中也被发现[9]，其中在停滞时测量了密度和温度分布，但还存在一个至今未解释的36 keV（3000万度）的高离子温度。

[9] K. L. Wong et al., Phys. Rev. Lett. 80, 2334 (1998).

如果读者能发送参考文献（9）的PDF，我将更仔细地研究。

Haines排除了电阻加热，即Yonas曾转向的简单焦耳效应。例如，他指出，要将直径为2毫米的箍缩加热到3 keV（仅3000万度）需要8微秒！

他只将周围的磁场视为可能的能量来源。因此，他提出通过短波长MHD不稳定性加热离子，随后发生能量均分，通过离子-电子碰撞加热电子气体，最终这些电子通过经典的制动辐射（Bremmstrahlung）释放能量。

接下来讨论了这些MHD不稳定性。得出的能量方程为：

k是玻尔兹曼常数，neq是碰撞频率。CA是Halfven速度，Cs是声速，a是等离子体的最小直径。但Haines以另一种方式写出了这个方程，将温度以电子伏特表示，并用平均自由程时间teq代替碰撞频率的倒数。

与例如你厨房中的氖管等非平衡等离子体相比，你会注意到这次是离子温度高于电子温度（而在氖管中则是电子气体热，氖冷）。下面是用于非平衡介质（如简单的氖管）的方程。

第一部分代表通过焦耳效应加热电子气体。J是电流密度矢量，σ是电导率。右边的项来自前一个方程，其读法如下。分母是电子在氖中的平均自由程，其倒数是一个碰撞频率。当电子将能量传递给离子时，它们的传递效率较低，并且质量比系数出现在方程中。

当离子撞击电子时，能量传递效率为1。因此，这个质量比系数消失，或者说等于1。Haines随后给出了电子-离子碰撞频率的经典公式。我们处于“库仑”模式。在表达式中出现了电子-离子碰撞有效截面。熟悉气体动力学理论的人会认出这个经典表达式。

这部分涉及MHD不稳定性产生的原因，相对较为简略，特别是因为离子的霍尔参数大于1。

这涉及到离子碰撞频率。

Yonas曾写信说：“Haines的理论很好地解释了这种非平衡状态”，但我只有一半的把握。可以说，Haines的“解释”还非常初级，仅限于二十行左右。他假设这些不稳定性影响离子，并在该介质中产生粘性加热。

读者可能会想知道这些不稳定性是什么样子的，以及它们是如何出现的。焦耳效应的单位体积耗散为：

这些考虑中的不稳定性产生了电流密度的湍流。电流线收紧、扩展、再次收紧，根据Haines的说法，这些是微米或几十微米的长波。这些是微不稳定性。如果局部电流密度增加，这会伴随着磁场的增强，反之亦然。因此，这是一种典型的等离子体电磁湍流。例如，闪电中也存在这种湍流。闪电持续时间不长，但我们可以拍摄到闪电消散时的等离子体液滴，依次排列。在这种情况下，气体（空气）并未完全电离。当放电发生时，电流密度增加，电子温度也增加。闪电是一种电弧。其中发生的机制很复杂。电流强度的增加导致焦耳效应产生的热量增加。等离子体丝膨胀，等等。

Haines提出的微不稳定性是这些不稳定性“表亲”。发生微箍缩。局部电流密度增加，随后磁场和周围磁压增加。这种增加会加剧箍缩。这是等离子体自不稳定性、这种电磁湍流的基础。然后可能发生……许多只有通过计算才能理论化的现象，而Haines没有进行这些计算。最起码可以说，这种介质是复杂的。假设在这些不稳定性开始加热等离子体离子之前，电子和离子温度相等，例如为2000万度。发生箍缩。这会导致电子温度增加。这会引发电子的逃逸吗？这取决于“电离特征时间”。这里又需要数据和计算。但与Vélikhov不稳定性不同，这种不稳定性影响的是离子气体，通过“粘性”。从物理上讲，这些箍缩“扰动”了离子的径向运动。

我指出，在这些等离子体中，电流是电子电流，而不是离子电流。这个等离子体连接到金属电极。当发生箍缩时，磁场和洛伦兹力增强，这些力主要作用在电子上，电子通过碰撞将这种“冲量”传递给离子。这种电子电流线的收缩产生一个径向电场，作用于离子，将它们拉回。在这种不稳定性中，出现了一种影响电子气体的微湍流，随后这些“扰动”传递给离子气体。离子气体中的热化特征时间非常短（37皮秒）。

然后他写出了关于离子气体能量的方程，其中第一项表示由不稳定性引起的粘性加热；

这个方程中第二项的特征时间是离子在电子碰撞下的平均自由程时间。因此，“热平衡时间”，即离子和电子温度平衡的特征时间。Haines将其定为“大约5纳秒”。

请注意，这个热平衡时间涉及质量比（mi / me）。时间越长，离子气体和电子气体的耦合越弱。对于铁离子，这个比值为：

可以显然地提出问题：在这一过程中，是否可以认为离子速度分布函数是麦克斯韦分布。Haines通过给出该介质中离子热化弛豫时间tii的值来证明这一点，他将其定为37皮秒。由于这个时间比热平衡时间短得多，Haines得出结论，离子气体是热化的，即麦克斯韦分布。然后他使用上述公式，选择特定值，得出这些MHD微不稳定性波长在十分之一到百分之一毫米之间。

在这个表达式中，A是铁的原子质量（55.8），a是箍缩的最小直径，I是通过等离子体束的电流（不再谈论丝状线圈：这些线圈已转化为等离子体）。

关键句子是：

Thus for stagnated Z pinches where

is significantly longer than a / c

the ion temperature will greatly exceed the electron temperature.

因此，对于处于停滞状态的Z箍缩，如果热平衡时间

明显长于箍缩直径a与阿尔芬速度c的比值，

离子温度将大大超过电子温度。

回到作为参考的实验，Haines采用等离子体束的直径为3.6毫米。用这些值，他得到了“与离子温度219 keV（25亿开尔文）一致的结果”。他提到在“Saturn”实验（参考文献3）中，离子热能与箍缩动能的比值为3到4倍，但当时没有进行离子温度的测量。唯一不同的是，现在实验者拥有这些测量结果，将在后面详细说明。

确实，没有这种人为的设定，没有程序能够模拟这些大直径阵列的实验。通常的丝状线圈压缩的二维和三维模拟[9]需要输入参数，包括模式的波长和初始振幅以及“真空”的电阻率，定义为等离子体密度低于某一值的区域。此外，目前没有模拟包括离子粘性（更不用说离子参数张量了，这与离子气体中霍尔参数的高值有关）或足够精细的网格来模拟这里提出的短波长不稳定性。通常使用一种临时方法来防止等离子体的径向坍缩。

这些观点削弱了通过与周围磁场相互作用加热离子的解释。

通过多普勒效应导致的光谱线展宽测量了离子温度，同时在一段时间内使用位于距离箍缩6.64米处的LiF晶体光谱仪进行测量。有关该光谱仪的技术细节请参见论文。以下是发射光谱：

在Z1141实验中使用的不锈钢中，除了主要的铬和铁谱线外，还有锰和镍的谱线。我们通过铁的8.49 keV谱线和锰的6.18 keV谱线来评估温度。这些谱线的测量虽然较弱，但不太可能受到光学厚度的影响。

随后，论文证明了这些温度测量的可靠性，误差评估为35 keV。以下是温度、辐射功率和箍缩直径随时间的变化。

请注意，图中没有显示三个铁离子温度测量值的误差条。然而，在论文中可以看到：

基于测量线宽的不确定性，温度测量的误差为35 keV。

由于对线宽评估的不确定性，温度测量存在35 keV的系统性误差。

作者只是忘记将其包括在内。不要忘记他们有六个人。要么由一个人负责撰写，其他人共同签署，要么每个人各自撰写一部分，这样文章就显得有些拼凑。读者自己判断。因此，我们将添加这些误差条。

可以看出，铁离子的测量点位于锰离子的误差范围内，反之亦然。在图表中，铁离子的温度测量值从200 keV上升到300 keV，但由于这些测量值混合在一起，没有考虑铁离子和锰离子种群之间的35 keV温差（可能合理），作者给出的中间值为230 keV（26.6亿开尔文）到320 keV（37亿开尔文）。我们确实“超过2×109开尔文”，“超过二十亿度”，而且不止一点点，因为最大值达到了37亿度。此外，从曲线的形状来看，如果在重复实验时将四个可用图像再延迟5 ns，可能会测量到更高的温度。如果这种与离子加热相关的温度上升持续下去，那我们可能不是设想20亿度，而是……四（我们提醒一下，在超新星中温度可达到十亿度）。

从逻辑上讲，考虑到温度测量的可靠性，作者本应标题为“达到了37亿度的温度”，并注明“创纪录的值”，但他们只是说“超过二十亿度”。为什么这样……谨慎？此外，我们注意到：

• 5亿度时，锂-氢的无污染聚变就成功了

• 10亿度时，硼-氢的无污染裂变就成功了

• 40亿度时，会怎样？（请核能专家回答）

• 如果有一天达到100亿度，那么所有合成核反应，导致门捷列夫元素周期表中的原子都变得可能。也就是说，整个创世过程。

请叫我上帝……

同样的图表，以时间演化的方式绘制，黑色曲线是论文中保留的平均曲线。

可以看出，等离子体的直径在t = 110 ns之前达到最小值。在大约5 ns的时间内有X射线发射。请注意记录的最高温度值。铁离子为300 keV（34.8亿开尔文），锰离子为340 keV（39.4亿开尔文）。

注：Bennet公式：

mo I2 = 8 p Ni ( Ti + Z Te )

给出（见上文）铁的温度为25亿开尔文。该计算参考了Z1141试验（1800万安培，450毫克线圈），以及图1。但本文中分析和数据参考了三个试验（Z1141、Z1137和Z1386）。

我的评论：

回到Haines论文的标题：“over 2 x 109 Kelvin”，即“超过二十亿度”。然而，在前几年这些系统只达到了一百五十万、两百万度，突然间机器开始加速。读者可能会对碳的发射缺失感到惊讶。但（维基百科）不锈钢奥氏体含碳量很少（不到0.15%）。见框图。

奥氏体不锈钢占总不锈钢产量的70%以上。它们含有最多0.15%的碳，最少16%的铬，以及足够的镍和/或锰，以在从低温区到合金熔点的所有温度下保持奥氏体结构。

奥氏体不锈钢（一种特殊的晶体结构）占总产量的70%。它们含有最多0.15%的碳（...），最少16%的铬，以及足够的镍和/或锰，以在从极低温（cryogenic）到合金熔点的所有温度下保持奥氏体结构。

奥氏体不锈钢占总不锈钢产量的70%以上。它们含有最多0.15%的碳，最少16%的铬，以及足够的镍和/或锰，以在从低温区到合金熔点的所有温度下保持奥氏体结构。

奥氏体不锈钢占总不锈钢产量的70%以上。它们含有最多0.15%的碳，最少16%的铬，以及足够的镍和/或锰，以在从低温区到合金熔点的所有温度下保持奥氏体结构。

奥氏体不锈钢占总不锈钢产量的70%以上。它们含有最多0.15%的碳，最少16%的铬，以及足够的镍和/或锰，以在从低温区到合金熔点的所有温度下保持奥氏体结构。

我们列出了铁离子气体和锰离子气体的两条温度曲线，它们似乎有所不同。一方面，锰的误差范围表明，这两个温度实际上可能非常接近。另一方面，锰离子几乎与铁离子具有相同的电荷（25对26），但重量是铁离子的一半（30对58）。因此，如果受到MHD不稳定性的影响，这两种气体，紧密相关，可能会产生轻微（12%）的非平衡效应，具有不同的温度。

Haines：等离子体的直径在X射线最大发射前2纳秒达到最小值1.5毫米。他认为在达到最大值时，密度和“等离子体分配”应达到最大值（我倾向于理解为“等离子体分配的趋势”）。

让我们尝试“解读”这些不同的曲线。发生了什么？

我们有四个温度测量点。其中一个被排除了，因为铁的测量有问题。这个数量很少，对应于记录系统所能捕捉的全部。这已经非常惊人了，不仅有温度测量，还有它们随时间变化的了解。不过，我们无法获得t = 105 ns之前和t = 115 ns之后的数据。

文本说在等离子体“停滞”（停止）时，电子温度达到了3 keV，即3500万度。这意味着当这个温度达到最大值时，它不会超过离子温度最大值的百分之一。由于发射功率在短时间内急剧上升，可以推测在t = 105 ns之前它要低得多。我们感觉这个温度在115 ns时下降了9倍。但斯特凡定律表明，辐射功率与温度的四次方成正比。因此，实际的下降比例是四次根号9，即1.73。这使得Te从3 keV下降到1.68 keV。我绘制了曲线，大致如下：

黑色是电子温度的变化。红色是辐射功率的变化（斯特凡定律）。

然而，在t = 105 ns时，离子已经很热（温度约为200 keV）。因此，这种加热机制，需要进一步研究，是在等离子体达到最小半径（发生在t = 110 ns）之前起作用的。

简要说明：等离子体坍缩。如果没有这种额外的能量输入（需要进一步研究），Haines认为它来自磁能转化为热能，等离子体将完全坍缩，如果离子温度等于电子温度（在t = 105秒之前不到2000万度）。

但离子通过这种输入被加热。离子温度上升。离子气体和电子气体之间的耦合发生在“等离子体分配的特征时间”teq，Haines估计为5 ns。因此，电子温度的上升时间对应于这个数值（从107到112 ns）。

Haines说，这种离子气体的加热足以抵消磁压，并且“停滞条件”确实达到了，因为等离子体半径变化的特征速度仅为离子热速度的15%。我们可以估算铁离子在测量温度的最小值和最大值之间的热速度。

• 对于最小温度，230 keV或26.6亿开尔文： < Vi > = 1066 km/s - 对于最大温度，320 keV或37亿开尔文： < Vi > = 1258 km/s

Haines将这些值与等离子体的“膨胀速度”进行比较，并表示它代表该值的15%。无论以何种方式评估，取曲线上的点，它仍然低于热速度，这似乎确实表明等离子体中的压力已经平衡了磁压。

之后，等离子体的直径再次增大。为什么？因为离子的加热仍在继续。我们可以尝试计算这种膨胀。

还有一件事我目前还不明白：为什么电子温度会下降，因为电子气体应该继续由离子气体提供能量，而离子气体在我们可访问的时间范围内仍在加热。

说明：电子气体加热到3 keV（3500万度）时的热速度是多少？

假设我们能将1800万安培的电流通过一个直径为1.5毫米的等离子体电缆。等离子体接触处的磁场是多少，以及相应的磁压是多少？（假设导体是无限的，显然）

2006年6月27日：在法国，一个有趣的想法。

在另一篇关于磁压缩机的文章中，灵感来自50年代的俄罗斯机器，我们看到了MK-1机器的原理。之后，人们尝试使用非圆柱形的线圈，而是锥形的。这样可以产生“空心负载效应”。线圈的质量在轴上集中，产生高速的射弹。我认为我们已经达到了80公里/秒的速度。需要验证。无论如何，正如Violent提醒我的那样，我们可以考虑使用非圆柱形而是锥形的线圈的Z机器。这样，我们就可以期望同样产生空心负载效应。可以想象不同的配置。MHD是产生最富有想象力解决方案的领域。下面是一个由两个具有共同底面的圆锥体组成的装置。如果两个等离子体射弹形成并发生碰撞，我们可能会获得更高的温度，即使使用像Gramat这样的机器。

我们只能画出这样的图。可以进行模拟，当然也可以进行实验。

还有一个想法正在浮现：让线圈滑过双锥体。这个想法并不新鲜。这是连续线圈的图示：

只需将它转换为线圈形式。 ---

2006年7月16日。霍尔参数 bi = Wi tii 对离子来说是多少？

Haines在其论文中说它大于1。这个参数是回旋频率与碰撞频率的比值。根据Haines，这种离子碰撞频率主要是离子-离子碰撞的频率。其倒数，弛豫时间 tii 是37皮秒。这给出了碰撞频率：

nii = 3 × 1010

回旋频率是：

这给出了霍尔参数 bi = 0.258 Z，其中 Z 是离子电荷（最大为26，如果离子完全失去电子）。因此，正如Haines所说，霍尔参数大于1。这为理论家们提供了许多工作。

附加数据（来源：http://www.sandia.gov/pulsedpower/prog_cap/pub_papers/023862p.pdf)

Z机器电流放电的典型轮廓：

正是这种短暂的电流上升（100纳秒）使得Sandia机器能够获得这些结果。事实上，发现线圈的升华速度比预期的要慢。因此，这种“线圈结构”在坍缩期间得以保持，保持了轴对称性，而当物体变成等离子体幕布并因MHD不稳定性而扭曲时，轴对称性立即消失。当你试图压缩一个金属圆柱体时，大约就像试图在手中压扁一个纸筒。我相信法国人（Sphinx机器，2006年9月在托姆斯克会议上的论文，最小上升时间：800纳秒）没有充分理解这一点的重要性，这在2006年Yonas通过邮件立即告诉了我。

2008年2月17日：关于与公式B11 + H1相关的寄生反应的澄清

硼有5个电荷，氢有1个。碳有6个，氮有7个。

等离子体的辐射冷却是通过制动辐射进行的。发射的功率与电荷的平方成正比。因此，一个电子在硼原子周围螺旋运动时发出的X射线功率是其在氢原子周围螺旋运动时的25倍（无论轻重，关键是电荷）。

B11 + H1 → C11 + n + 2.8 MeV

碳C11的寿命：20分钟。在关闭设备10小时后可以安全打开腔室。

B11 + He4 → N11 + n + 157 keV

防护：20厘米的B10或1米的水。

铍电极的诱发放射性：每年5微居里（数据：Lerner的浓缩）。

根据Lerner，在这种脉冲聚变中，我们使用了MHD不稳定性。他描述的机制如下。电弧“伞状”放电首先导致等离子体的凝聚，类似于“伞的鲸骨”。然后这些细丝沿着轴缠绕，形成等离子体束。该束由于Kink不稳定性，配置成“螺旋电话线”。然后在这一结构中形成“自约束的等离子体球”，这些微小体积的热点。在这些等离子体球中，磁场具有环形拓扑。沿着等离子体球的轴再次发生“压缩”。Lerner说，这时发生聚变反应。

2008年3月18日：对《科学与未来》杂志文章的评论。

记者David Larousserie在2008年3月的杂志《科学与未来》上发表了一篇题为“Z机器的壮举”的文章。他打电话给我，问我在哪里看到Sandia的实验在2005-2006年期间不仅超过了20亿度，而且达到了30亿度。我把他引向Haines于2006年2月24日发表的文章，图3中明确提到离子温度从230 keV上升到320 keV。除非我犯了错误，320 keV对应的是36.8亿度。

他在文章中没有涉及可能的无中子硼-氢聚变，只提到了全息腔技术。通常，这种温度的突破在与ITER项目相关的领域中并不受欢迎，人们更倾向于将Z机器限制在军事应用上。因为如果有一天发现聚变的未来在于这些极高的温度（十亿度），托卡马克技术将完全无法跟上。

在文章中，Larousserie报道了他与Polytechnique大学等离子体物理与技术实验室（LPTP）的Alexander Chuvatin的对话。他引用了Chuvatin的话，我们引用如下：

- 不要对这些温度过于激动。它们只在极短的时间内存在，并且局限于不稳定的区域。这使得聚变变得不可能，因为聚变需要高密度物质、足够长的约束时间和高能量。

根据Larousserie，Chuvatin提出了对Haines在文章开头提到的异常现象的解释。我们引用Haines的话：

在电线阵列Z夹紧的等离子体辐射能量中存在一些理解上的困难，其可能达到动能的4倍[1,4]（引用的参考文献日期为1997至2002年，表明这个问题并不是新问题），以及在离子和离子温度相等的情况下，等离子体压力是否足以平衡磁压。事实上，理论上，过剩的磁压应该继续压缩等离子体，导致辐射坍缩。已经提出了一些理论来解释额外的加热，但这些理论都没有解决压力不平衡的问题。

我承认我不太明白Chuvatin的评论。重要的是，从Bennet公式中可以看出，等离子体压力平衡了磁压。该公式出现在Haines的论文中，我详细说明了其（超清晰）推导方式：

Haines明确指出，为了防止等离子体被压碎，温度必须达到296 eV。事实上，2006年的论文中，这个离子温度之前通过该公式推导出来，现在通过线宽测量得到验证。Haines的文章在这方面非常清晰。

Chuvatin的评论暗示这些极高的温度“可能只对非常小且不稳定的区域感兴趣”。这让人想到Lerner实验中的“热点”，与微米级的自约束等离子体球有关。如果这是他的想法，那就意味着只有极小体积的区域会经历如此高的温度。但不要忘记，温度也是一种能量密度，以焦耳/立方米表示。如果这种温度只影响等离子体的极小部分（体积和质量），那么压力应根据平均能量密度来计算。而Bennet公式将不再满足。

我认为，鉴于光谱温度测量与Bennet公式高度一致，可以得出结论，这种温度升高很可能影响整个等离子体束，而不是微小的热点。

至于聚变的可行性：我们当然还远未达到，尽管美国已经考虑了D-T聚变。但不可否认的是，像Z机器这样的Z夹紧装置代表了一条非常有前途的途径，与ITER或MEGAJOULE等沉重且有争议的路线相比，成本低两个数量级，且灵活性极佳。令人遗憾的是，自Haines论文发表以来已经过去了两年，法国几乎没有引起任何反应，除了继续进行Sphinx实验，但似乎在设备和人员方面都无法达到这一重要性：无中子聚变！

2009年2月16日：经过与高温等离子体物理学家和Z夹紧实验人员的多次交流，得出以下结论：

这些领域仍然知之甚少。普遍认为这些等离子体极其湍流，可能有微小的湍流。确实需要解释X射线发射的能量来源，这是一些具体、可测量的值，比金属离子在向系统轴运动过程中收集的动能高出3到5倍。如前所述，Malcom Haines提到了MHD不稳定性，但没有详细描述。于是，人们提到了spheromaks，这些自约束的结构在不稳定性后形成，磁场线自我闭合，呈环形几何结构。这些物体的尺寸是推测性的。像Lerner（Focus实验）这样的人使用“热点”一词。测量结果没有足够的空间和时间分辨率来揭示这些现象。

Haines评估了焦耳加热，并得出结论，这种加热不足以解释测量到的温度升高。但如何理解等离子体束与周围环境之间的神秘能量交换，那里有90兆巴的磁压，对应4800特斯拉的磁场？当Haines计算焦耳损耗时，他假设的是一个均匀的等离子体。电场使电荷运动。这些电荷的运动受到等离子体中任何障碍物的碰撞阻碍。在Haines的计算中，涉及的是不同种类的离子，它们的碰撞有效截面与电荷的平方成正比。

湍流使介质在不同尺度上变得不均匀。在流体力学中，湍流扩散比层流扩散更耗能。例如，飞机机翼的剖面。当湍流发生时，壁面的摩擦阻力增加。边界层的厚度增加。在其中，耗能现象释放出更多的热量。这一切都是通过微小的湍流现象实现的，肉眼不可见。

在等离子体中也有类似的情况。Haines假设电流均匀流动（这是一个简单的假设！），但这种流动不再保持层流。微小的MHD不稳定性区域成为电流流动的障碍。Christian Nazet最初报告了这种阻抗的增加。此外，spheromaks的形成将伴随着温度场的混沌分布。这是Lerner的想法。在一个整体温度低于聚变临界温度且Lawson条件未建立（在宏观层面）的等离子体中，这些条件可能在这些未知寿命的小物体中短暂出现。

我曾经在大约30年前，乘船与天体物理学家Fritz Zwicky共度了一整天，他是1931年提出超新星概念的人。我突然想起他关于“核精灵”的假设，即在太阳核心中通过MHD不稳定性形成的spheromaks，他在那次海上散步时向我讲述过。

回到Z夹紧。必须从某处提取能量。我们有等离子体束周围的电磁能量。请记住，压力（在这里是磁压）是单位体积的能量密度。如果这种能量转移到等离子体束，那么它将从周围的电磁能量中减少。这里没有“魔法”。等离子体中出现的微小不稳定性会增加其电阻率，产生额外的耗散，并通过减少电流强度来降低等离子体外部的磁场值。这是相互关联的。

我非常了解电热不稳定性（Vélikhov不稳定性）。这是一种双温度等离子体湍流，表现为电子温度的显著波动。一方面，通过将等离子体结构化为千层饼，交替的高电离和低电离区域，这会破坏MHD发电机的性能。但另一方面，这展示了MHD不稳定性如何在局部（这里是在平面层）产生更热、更电离的区域（这种现象是剧烈非线性的）。提出热点形成的想法涉及另一种三维微不稳定性模型。在这些高度非线性现象中，温度和密度的波动可能很大。因此，可能产生“微聚变”。

因此，得出结论说“使用像Z机器这样的系统离实现聚变还很远”为时过早。如果以均匀等离子体为前提：是的。

现在讨论温度测量的问题。首先，什么是温度？在气体的理论中，温度是特定种类的平均动能。一个介质可以由多种不同的种类组成，每种种类有自己的温度。这些温度可能相差很大。在荧光灯中，电子温度远高于离子和中性粒子的温度。我们称之为非热电离（能量由电场加速电子提供。如果关闭电场，电子通过碰撞失去能量：电子气体冷却，电离消失。

因此，我们需要计算电子-气体碰撞频率。其倒数成为弛豫时间。事实上，如果一个双温度介质被单独留下，它会以碰撞的速率达到平衡。

完全热平衡是所有温度相等，且每种种类的速度分布呈麦克斯韦-玻尔兹曼分布（高斯曲线）。Z机器的等离子体处于反向非平衡状态，即电子气体比离子气体更冷。如果不考虑需要建模的MHD不稳定性（等离子体的微湍流），需要考虑的能量是动能。拉普拉斯力作用于不锈钢丝，将它们彼此压在一起，最终达到400公里/秒。这种力作用于电子。流经电线的电流是电子性的，不是离子性的。电子带动离子。实际上，这些种群无法分离，就像夫妻关系太紧密，距离超过德拜长度。结果是，离子和电子在对称轴附近以相同的速度聚集。但它们的动能不同。轻粒子携带的能量较少。

Haines评估了与不同碰撞类型相关的各种弛豫时间。

- 电子-电子碰撞

- 离子-离子碰撞

- 电子-离子碰撞

两个不同质量粒子之间的能量转移与较轻粒子质量与较重粒子质量之比成正比。在同一种粒子内部，这种能量交换是最大的，因为这个比值等于1。Haines估计关系时间约为37皮秒。曲线给出的等离子体约束时间是几纳秒（大约五纳秒）。我不知道通过谱线展宽测量温度的时间是多少。这可能在Haines的论文中有所提及。如果将同一种粒子内部的弛豫时间（电子-电子或离子-离子）进行比较，这个时间比弛豫时间高出一个数量级。这足以断定离子种类可以用麦克斯韦-玻尔兹曼函数来描述。

平均谱线展宽测量的是多普勒-斐索效应，按照天文学家所说的“视线方向”，即径向分布。这又是一种偏离热平衡的方式：各向异性。但是，你可能会说，气体介质是否可能在不同观察角度下表现出不同的“热态”？这发生在强冲击波之后，即真正的“重锤”，它首先给原子一个垂直于波的冲量，然后迅速“热化”，这种速度的增加在几次碰撞中被重新分配到各个方向。在这种情况下，我们也可以考虑一个弛豫时间。粗略地说，我认为这种各向异性应该是可以忽略的。但同样，所有结论都基于对研究介质微观性质的假设。此外，它还增加了磁场及其局部的时空波动，欢迎！

通过谱线展宽测量温度的可靠性有多大？我们是否测量的是一个子集的温度：那些“热点”？我们知道辐射功率遵循斯特藩定律，其功率与源温度的四次方成正比。困境。

这时，我们需要转向本内特方程，即等离子体绳的非内爆。其半径会达到一个最小值。在这一刻，离子压力必须平衡磁场压力，这支持了300 keV的温度。拿一个压力计来说。它通过大量粒子撞击其表面来提供压力值。这里不再涉及斯特藩定律。混合物中的压力是各分压之和。压力也是一种单位体积的能量密度。如果本内特方程给出300 keV，那么这将给出粒子的平均能量。这个能量对应于超过三十亿开尔文的温度，不管有没有热点。

我知道这一切可能让人感到困惑。以荧光灯管为例。气体冷，电子热。通过光谱学进行温度测量（在荧光灯管中，光不是由气体发出，而是由涂在管内壁的荧光物质发出的）。气体的发射位于紫外区。我们会得出结论说这种气体是10,000度吗？不，是电子气体处于这个温度。如果没有本内特方程，我们可能会认为通过谱线展宽测得的温度是有偏差的。

所有这些使我们得出结论，有很多事情需要研究。我曾（孤声呐喊）建议制定一个欧洲Z-pinch项目。如果LMJ没有达到预期结果，就必须尽快转向其他方法，也就是更便宜的方法。

最后一点评论。

当我于2008年9月在立陶宛维尔纽斯参加高功率脉冲会议（我做了三次报告，见http://www.mhdprospects.com）时，我第一天就与美国的Matzen和Mac Kee面对面。前者是Sandia实验室ZR装置的负责人，后者是他的助手。我惊讶地发现，当我问及ZR并立即得到他们的回答时：

• “Haines 2006年的论文？他错了，温度低了一个数量级！- 但是，这些谱线的展宽还是很明显的... - 一个以色列人Yitziak Maron重新研究了这一切，并得出结论说Haines错误地解释了这些光谱图。- 这个结论有发表吗？- 没有，我们没有发表，以免让这位善良的Malcom难过。”（...）

那天晚上，我坚持要求，Mac Kee走到控制台前对我说：

• “我将给Maron发一封邮件，当着你的面，明天我们就会得到他的解释。”

第二天，我遇到Mac Kee：

• “Maron的解释怎么样？- 嗯...我们暂时不想发表这些内容；- 但你至少可以让我看看他的邮件...- 他打电话回复了我们。”（....）

随后是模糊而不令人信服的解释。

两天后，Matzen在讲台上介绍了ZR的进展，重点强调了巨大的技术方面，配有令人惊叹的照片。在那里我得知，获得七号冰的实验并不是通过内爆压缩，而是通过爆炸压缩，采用另一种实验方案，其中电流像“伞”一样循环，即通过一个大轴柱进入，然后通过一个与被压缩介质接触的线圈返回，该介质位于“外部”。这与之前的实验完全不同。在演讲结束时，我拿到了麦克风并说：

• 我们前几天讨论过，你质疑了Haines对Z机上通过光谱分析测得的温度数据的分析，这些数据发表于2006年的《物理评论D》。据你所说，离子温度至少低了一个数量级。你告诉我，耶路撒冷Weisman研究所的Yitziak Maron得出了这个结论。由于这件事非常重要，能否为我们澄清一下？

Matzen：

• “嗯...这是一个好问题。”

然后是一分钟的沉默，被会议主席打破。

回到布鲁塞尔后，我给以色列人Maron发了一封邮件，他回复得含糊不清，没有回答我的问题，还极力称赞Haines。他说他将在几天内加入Sandia。

我又给Sandia的科学主任Gerold Yonas发了一封邮件，他立即回复得非常简短。

• “是的，这对我来说也是一个谜。我会让Matzen澄清这件事。”

从2008年10月底起，彻底失去了联系。

2008年2月18日：关于无中子聚变

在核聚变反应中，两个核必须被接近到足够小的距离，以便发生核反应。核物理在这个方面与化学世界类似。放射性（自然或诱导的）只是意味着核不稳定。裂变是一种自发的分解反应，产生比原核质量更小的核。在铀-235或钚-239的裂变中，这些自发分解产物的质量接近于原核质量的一半。

有中子的发射，这些中子可以与其它铀-235或钚-239核发生碰撞，引发新的裂变反应，这些裂变反应由这些碰撞诱发。因此，我们可以称之为“自催化裂变”。核具有“有效截面”捕获。知道这一点后，就可以计算临界质量。这是指一个球体，其半径大致等于中子在与裂变材料核碰撞中的平均自由程。

通过压缩增加核密度可以降低临界质量，这在炸弹中是通过化学炸药实现的。

假设一个温度为T的气体。如果该介质高度碰撞（即介质处于非常接近热平衡的状态，具有麦克斯韦-玻尔兹曼统计），那么这些元素的平均热运动速度将由下面的公式给出。这些图示和公式有助于以简化的形式理解“碰撞有效截面”（导致核反应）和碰撞频率（考虑的核反应）的概念。这里我们将质量为m的离子速度降低到平均值。我们假设通过“网”（由有效截面构成）扫过的所有内容都会导致反应概率为1，而超出“网”的内容则反应概率为0。

**碰撞频率，反应特征时间 **（聚变）

但碰撞频率足够高，反应特征时间小于约束时间是不够的。还必须使离子温度足够高，使它们以平均速度移动，从而能够克服库仑屏障，即两个带正电的离子之间的排斥力。这导致氘-氚（D-T）混合的温度在1亿到2亿度之间，物理学家通常用千电子伏特（keV）来表示，根据公式：

eV = kT

e是电子的电荷，即1.6×10-19库仑

k是玻尔兹曼常数=1.38×10-23

因此，1电子伏特等于（e/k）开尔文度，即11,600 K

由于我们处理的是数量级，我们将1电子伏特（eV）视为10,000 K的温度。因此，离子温度应位于10到20 keV之间。

为了使聚变反应开始，必须满足劳森条件。

这个函数L依赖于等离子体的温度。有效截面Q(V)依赖于核的相对速度，因此也依赖于平均速度，即离子温度。

劳森曲线

氘-氚反应是产生中子的。长期以来人们已知一些不产生中子的反应。参见无中子聚变。

只有少数聚变反应不产生中子。以下是具有最大有效截面的那些反应。

2D + 3He → 4He (3.6 MeV) + p+ (14.7 MeV)

2D + 6Li → 2 4He + 22.4 MeV

p+ + 6Li → 4He (1.7 MeV) + 3He (2.3 MeV)

3He + 6Li → 2 4He + p+ + 16.9 MeV

3He + 3He → 4He + 2 p+ + 12.86 MeV

p+ + 7Li → 2 4He + 17.2 MeV

p+ + 11B → 3 4He + 8.7 MeV

前两个反应使用氘作为燃料，但某些二次反应2D-2D会产生一些中子。尽管通过选择反应参数可以限制中子携带的能量比例，但这一比例很可能超过1%。因此，很难将这些反应视为无中子的。

目前的努力集中在最后一个反应上。如果该反应不产生中子，但二次反应会产生中子。如果根据Haines计算的弛豫时间，电子气体和离子气体之间存在一个数量级的温度差（后者在“逆不平衡状态”下更热），我们仍然可以认为离子群体处于接近热平衡的状态，围绕其自身的温度，即热等离子体。这时会有以下中子反应：

11B + alpha → 14N + n0 + 157 keV（放能）

11B + p+ → 11C + n0 - 2.8 MeV（放能）

这种碳同位素的半衰期为20分钟。

一些人估计这些反应释放的能量为总能量的0.1%。

还有产生伽马射线的反应：

11B + p+ → 12C + n0 + γ 16 MeV

这个反应的概率仅为产生α粒子反应的10-4。

最后还有硼-氘或氘-氘的中子反应：

11B + 2D → 12C + n0 + 13.7 MeV

2D + 2D → 3He + n0 + 3.27 MeV

这些反应可以通过使用同位素纯燃料来消除。

屏蔽的主要成分是水，用于减缓快中子，硼用于吸收中子，金属用于吸收X射线，总厚度约为一米；

硼-氢反应所需的温度是氘-氚混合物的十倍。此外，还有最佳反应性的考虑。对于后者，它大约在66 keV（7.3亿度）。对于硼-氢反应，它达到600 keV（60亿度）。然而，我们已经看到，通过Z机可以达到非常高的温度，注意到最高温度随着电流强度的平方增加。根据这个逻辑，ZR可能达到90亿度。

自投入使用以来，该机器的性能信息尚无可用资料

到目前为止，我们应该避免过于偏激，无论是在哪方面。Z机的高温等离子体不是托卡马克的等离子体。此外，这种“热点”假设目前尚无理论描述。我个人认为，与其无休止地争论，不如让大自然说话，即进行实验。请注意，Z机的成本比像ITER这样的聚变巨兽低两个数量级。此外，该设备具有ITER所不具备的灵活性。2008年初，我在研究与工业部遇到了Edouard de Pirey，一位年轻的法国高等师范学院毕业生，Valérie Pécresse的科学顾问。当我遇到他时，他坦白说他没有时间阅读我寄给他的简明而清晰的报告。我将Smirnov建议发送的信件副本交给他，条件是有一个收件人。因此，我请求de Pirey向他的上司提出，看看她是否愿意在该信件中以收件人的身份出现。

这一举措没有得到任何回应。同样，对于我要求资助参加立陶宛维尔纽斯高功率脉冲国际会议的请求也没有得到回应，我最终在2008年9月自费参加了该会议。

请注意，Z-pinch方法并未出现在最近部长发布的路线图中。我让读者自己推测我的举措失败的原因。

我认为欧洲人应尽快成立一个研究小组，与俄罗斯人密切合作，他们在这方面是专家。现在，甚至有必要迅速投入一些资金，建造一台民用机器，对所有人开放，安装在某个“中立”国家（技术科学意义上）。法国的Z机，安装在洛特省Gramat的Sphinx装置，无法改进。由于放电时间长达800纳秒，这台机器太慢了。我也认为，将这个项目置于国防秘密之下是错误的，出于多种原因。当然，通过这种途径，纯聚变炸弹的出现“并非不可能”。俄罗斯人已经精通了高功率脉冲的操控，当初始能量是炸药时。西方人偶尔会惊讶地发现，来自乌拉尔山脉以外的新想法彻底改变了局面，比如盘式发电机。

通过炸药压缩一个已创建强磁场的腔体来产生非常强的电流。但化学炸药会限制内爆速度。如果将腔体的特征尺寸除以这个速度，就会得到难以低于几微秒的时间。这对于Z机启发的公式来说太慢了，因为该时间不能超过100纳秒。在传统系统中，放电功率随腔体体积增加而增加。俄罗斯人通过简单地将腔体设计成一个...手风琴来绕过这个问题。想象一个被炸药包围的手风琴，浇注在它的室内。总体积可以很大，而每个单元的压缩厚度却相对较小。这一方面在维基百科的英文版中有所提及。

军方非常担心这种技术的“扩散”方面，其中聚变反应的点火不再需要技术上沉重的同位素富集阶段。但该怎么办呢？什么都不做？我们的星球正因能源资源的匮乏而濒临崩溃！你去告诉中国人和印度人他们必须节约！

选择是全球性的政治问题。最后关于ITER和兆焦耳的评论：

在去世前，Gilles de Gennes是那些指出ITER项目存在许多问题的人之一，除非将其视为社会计划，或作为数千名研究人员、工程师和技术人员在世界上最美丽的地区之一度过职业生涯的一种方式。De Gennes对ITER中位于等离子体环最靠近处的超导磁体能否长期承受强烈的中子轰击表示怀疑。他指出，此前并未对此进行任何研究，而这一点在中子流中进行的模型研究中是很容易的。但结果可能意味着立即停止建造这座真正的工程师大教堂。

第二点：聚变等离子体是碰撞性的，是接近热平衡的热等离子体。因此，离子速度分布是麦克斯韦-玻尔兹曼型，具有玻尔兹曼分布尾部，包含快速离子：

**玻尔兹曼分布尾部中的快速离子 **

这些离子不可避免地会穿过约束磁场。在撞击墙壁和构成腔体的其他物体时，它们会剥离重原子。

**托卡马克聚变等离子体污染，由于从墙壁剥离重离子 **

这些离子立即电离并获得电荷Z，同时受到磁场压力梯度的影响，进入等离子体核心并污染它。由于等离子体电子与离子之间的相互作用（制动辐射或Bremstrahlung）导致的辐射损失与离子电荷Z的平方成正比。

**电子-离子相互作用的辐射损失 **（制动辐射）

没有人知道如何防止这些重离子对等离子体的污染，也不知道如何清除这些污染。辐射损失的增加会导致温度下降，第三千年的蒸汽机将窒息。当我公开会议上向ITER的人们提出这个问题时，他们的唯一反应是：

• “这是一个好问题.....”

如果问ITER机器是否能以重要且持续的速率实现聚变反应，可能在短时间内会得到肯定的答案。但如果问题是“这种机器最终能否实现可操作的反应堆并解决人类能源需求的问题”，我认为答案必须是否定的。

我还要指出，关于这种脉冲聚变，它适合于直接转换。聚变等离子体膨胀。如果在磁场中发生，由于磁雷诺数非常高，会发生“通量压缩”和感应电流。效率：70%。没有活动部件。为什么还要用换热器和蒸汽涡轮？为什么不用风车呢？我相信“聚变双冲程”，最终。还有其他方法可以实现这种脉冲聚变。我们只是触及了这个问题。

自然界中存在实现脉冲聚变的系统。这些是类星体。我不认为能量来自“巨型黑洞的吸积”。两个孪生宇宙的度量波动共同作用，产生一个向内冲击波，在星系的星际气体中。我曾在1997年出版的《我们失去了宇宙的一半》中描述过这一点，由Albin Michel出版。媒体上没有任何反响。气体在通过时被压缩并不稳定。年轻的恒星喷射出紫外线，电离这些星际气体。磁雷诺数增加，气体波带动星系的磁场线（冻结在内），就像农夫捆扎麦穗一样。坍缩最终形成一个星系尺度的小等离子体球，其中在质量中而非核心达到劳森条件，如在恒星中。因此，这些物体“虽然像恒星一样小，却能发出星系般的光”。等离子体随后沿着磁场方向喷射出两个瓣，加速带电粒子在数万光年的距离上。这样就形成了这些大型天然粒子加速器中的“宇宙射线”。

当度量的共同波动导致约束减弱时，星系...爆炸。这些是“不规则星系”，著名天体物理学家英国人Sir James Jeans（发现他命名的不稳定性及其描述方程）曾说：

• “某些星系经常令人难以置信的扭曲形态，似乎表明它们是巨大的力量的所在地，而我们对此一无所知。”

至于LMJ（兆焦耳激光器），除了重复常见的套话（“试管中的太阳”，“天体物理学家的研究领域”）之外，从未提到过这个用于军事工程师的工作设备是试图解决地球能源需求的一种尝试。

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