法国Z机器
马蒂亚斯·巴瓦伊的论文
资料于2006年6月17日上线
您可在以下网址查阅这篇内容详实的论文：
http://mathias.bavay.free.fr/these/sommaire.html
标题：
亚微秒量级下的磁通量压缩，以实现高压与X射线辐射
2002年7月8日在格拉马特军事试验中心（CEG，洛特省）答辩。
格拉马特发生器（见上图）可产生峰值250万安培、持续800纳秒的电流脉冲。
格拉马特ECF电发生器
特写照片显示装置直径约为20米（而桑迪亚Z机器的直径为33米）。
格拉马特ECF装置中心部分
巴瓦伊设计并已在格拉马特及桑迪亚发生器上测试的装置极具独创性。苏联人曾发明过磁压缩系统，利用化学炸药对由导电材料（铜或铝）制成的“内衬”施加压力，使内衬向内坍缩，从而压缩其内部预先通过电容器组向螺线管放电建立的磁场。巴瓦伊论文中提出的新构想是：使用“丝状内衬”作为“活塞”，并以“磁压”取代传统磁聚变压缩中由化学爆炸产生的外部压力。该方案包含两个核心思想：
- 使用更轻、惯性更小的内衬；
- 使全部能量传递给内衬，因为“磁气体”具有“零惯性”。
因此，最终形成一个双级压缩装置，包含两个内衬——一个大、一个小。这实际上相当于如果萨哈罗夫等离子体炮被……堵住的话，所能达到的效果！
萨哈罗夫等离子体炮（经改造）
我们重新审视原始设计：一次电击在“A”腔内产生磁场。随后左侧引爆炸药，导致铜制内衬膨胀。
铜锥体封闭腔体，将磁场“锁住”。随着磁场被压缩，试图将铝环从铜炮管与中心内衬之间的空隙中推出。但在新装置中，我们阻止了该铝环的喷射，使其高速撞击炮管封闭端，从而产生强烈压缩。当然，我们已在铜环与右侧灰色堵塞物之间抽成真空。铝环在通过时被汽化，转变为等离子体，充当第二层“内衬”。中心内衬也发生塑性变形。
回到巴瓦伊的论文，我们将看到上述装置的结构元素，但其构成方式有所不同。如前所述，两个内衬均为“丝状”，并在过程中转化为等离子体。在装置A封闭之前，必须先在其中建立一定的磁压。接下来需将推进元件——爆炸产生的气体——替换为磁压。于是我们得到如下装置：
马蒂亚斯·巴瓦伊论文中的装置
为了更清晰理解，或许应将图示中的两个阶段合并为一张图。首先展示巴瓦伊装置的初始状态：
马蒂亚斯·巴瓦伊装置的初始状态
装置中存在两次电击：一次为紫色的“初级放电”，另一次为红色的“次级放电”。这两者在两个同轴、环形几何结构的空腔内产生磁场。可见一个圆柱形内衬，实际由一组导线构成。巴瓦伊论文指出，当这些导线通过强电流时，并不会立即转变为金属等离子体。相反，它们具有相当长的寿命，可长达该“导线阵列”径向向轴心汇聚所需时间的80%。这正是桑迪亚实验中保持轴对称性的关键所在。当该结构坍缩时，它既非一组并列的导线，也非一团等离子体，而是一种“两者的混合体”。这一现象由马尔科姆·海恩斯理论化，他称之为“壳层形成”：
壳层形成过程
图中上方为放电启动后不久的导线状态。它们开始表面升华。尚未完全汽化的导线被一层金属等离子体包裹。巴瓦伊论文中提到，导线内部保持低温、固态。它们仅在边缘汽化，释放出由金属原子构成的等离子体，向外扩散。当这些等离子体圆柱体相互交汇时，“环状结构”便形成。巴瓦伊指出，环状结构在坍缩过程完成80%时形成。这意味着在整个过程中，电流仍以独立方式在导线中流动。尽管在等离子体（电离气体）中可能出现MHD不稳定性（局部电流密度或磁场强度波动），但在导线阵列中则不会发生此类现象。
论文中还提到，钨的金属蒸气膨胀速度为10,000米/秒，铝为22,000米/秒。导线直径数量级约为10微米（共240根）。
我未能查到不锈钢导线的膨胀速度。桑迪亚团队曾震惊于坍缩结束时温度竟达到20亿摄氏度。一种可能的解释是：不锈钢蒸气的膨胀速度较慢，从而延缓了“环状结构”的形成，而该结构正是不稳定性可能产生的区域。如前所述，导线在坍缩过程中保持“冷芯”，因此实际是“导线”本身撞击轴心，而等离子体束仅在坍缩最后时刻形成。因此，撞击瞬间的径向速度可能从原本的数百公里每秒提升至1000公里每秒。由此引发的温度急剧升高，可能与……材料的改变有关。此问题尚待研究。
在时间tm时，等离子体层相互汇合。这带来了双重优势：该闭合结构形成一道对磁场完全密封的“隔板”，同时，方位角方向上的介质非均匀性抑制了MHD不稳定性的发展，维持了过程的轴对称性。
现在我们重新审视巴瓦伊论文中的装置图，并对其进行优化：
巴瓦伊装置经“Crowbar”处理后
在该放电过程中，电容器向具有电感的电路放电。若能以三维视角观察，紫色与红色电流片层的分布呈现出环面（torus）的母线几何形态，类似于“电感线圈”。当“导线+金属等离子体”阵列向轴心推进并闭合巴瓦伊所称的“间隙”时，该“线圈”便与为其充电的电容器断开连接。这与前述文档中提到的“Crowbar”主题一致。红色电流将……