Z makinesi

Z makinesi bir olan ultra kompakt, yüksek hızlı darbeli röntgen jeneratörü , içinde dünyanın en güçlü 2010'larda . Bu binalarında yüklenir Sandia laboratuvarlarda içinde Albuquerque , New Mexico ( Birleşik Devletler ). Malzemeleri aşırı sıcaklık ve basınç koşullarına maruz bırakmak için tasarlanmış olup , esas olarak nükleer silahların bilgisayar simülasyonu için gerekli verileri toplamak amacıyla kullanılır . Nükleer füzyon çalışmasında yeni bakış açıları açar çünkü birkaç milyar derecelik sıcaklıklar yaratır.

Çalışma prensibi

Deney cihazı , merkezinde bir saçtan (orijinal olarak tungstenden yapılmış ) daha ince birkaç yüz iplik olan, merkezinde silindirik bir hedef içeren silindirik bir kafesten (veya hohlraum ) oluşur , iç kısım ayrıca özel olarak uyarlanmış bir "köpük" içerebilir. bu kullanım için. Konfigürasyon ve tellerin kompozisyonunun birçok varyasyonu, elde edilen sonuçların iyileştirilmesi amacıyla test edilmiştir.

İşlem, birkaç nanosaniyede birbirine bağlanan birkaç ardışık aşamadan oluşur . Basitleştirilmiş bir şekilde, aşağıdaki gibi tarif edilebilir:

son derece güçlü elektrik akımı (yirmi milyon amper ) oğuldan geçirilir ve komşu oğul ile bir Lorentz kuvveti olarak etkileşime giren bir manyetik alan yaratır : . Silindirik kafesin geometrisi sayesinde teller sistemin ekseni boyunca monte edilen silindirin merkezine doğru yakınsayacaktır. Yakınsama hızı 600 km/s'ye ulaşıyor . Bu, bir buçuk milimetre çapında bir plazma boncuğuna yol açar; ${\ displaystyle \ mathbf {F} = I {\ boldsymbol {\ ell}} \ kez \ mathbf {B}}$

plazmanın bu daralması , iyonları ve elektronları, aşılamayacakları bir "durma noktasına" kadar boşluğun eksenine doğru yansıtır; bunların kinetik enerjisi bu daha sonra elektromanyetik enerji ( elektron frenleme radyasyon , x-ışınlarının bir "flaş" şeklinde);
flaş X, bir şok dalgası fenomeni ile hedefi şiddetle sıkıştırır.

Elektriksel dürtü, enerjilerini kapasitör rolü oynayan suyla dolu tanklarda depolayan bir dizi otuz altı Marx jeneratörü tarafından üretilir . Bu jeneratörler, kıvılcım boşlukları tarafından tetiklenir ve saniyenin çok kısa bir bölümünde son derece güçlü bir elektrik boşalmasına izin verir.

Deneyimlerin tarihi

Z makinesi ile ilk deneyler 1996 yılında yapıldı ; 200 terawatt'tan (200 × 10 12 W ) daha büyük güce sahip X-ışınları ürettiler .
1997'de bir yerine iki eş merkezli tel dizisinin kullanılması , yayılan gücü 290 terawatt'a çıkardı, bu da 1.8 milyon derecelik bir sıcaklığa karşılık geldi.
Z makinesindeki ilk başarılı döteryum füzyon deneyi geçtiğimiz günlerde duyuruldu.Nisan 2003 ; ulaşılan sıcaklık 11.6 milyon dereceydi, yakıt kapsülünün çapı 7 nanosaniyede (7 × 10-9 s ) 2'den 0.16 mm'ye (160 mikrometre ) düşürüldü .
8 Mart 2006Sandia yanlışlıkla 2 milyar daha sıcaklık, daha yüksek bir plazma elde edilen bir resmi basın açıklamasında açıkladı Kelvin olarak Z makinesi . Proje yöneticisi Chris Deeney, sonucu doğrulamak için deneyi birkaç kez tekrarladığını ekledi.
2 Kasım 2006, Sandia resmi bir basın açıklamasında, sonunda nükleer yakıtı içermeyi mümkün kılacak elmas kapsüllerde kaydedilen ilerlemeyi duyurdu.
24 Nisan 2007Sandia makinesi Z'nin katkılı olduğunu açıkladı jeneratörler LTD (tr) ( Lineer Trafo Sürücü ultra kısa darbeler, çalışabilir) bir adım daha yakın bir jeneratör için hangi erime yüksek verim.

iki milyar Kelvin

2006 yılının başlarında, Z, makineyi piyasaya 2 milyar derece Kelvin (yukarıdaki sıcaklıklar plazmalar üretilen 2 x 10 9 K bir zirveye ulaşan) 3.7 x 10 9 K . Kısmen tungsten tellerin daha kalın çelik tellerle değiştirilmesiyle elde edildi. X-ışınlarının dönüşümünde %10 ila %15'lik bir verim sağlayan bu sıcaklık, beklenenden çok daha yüksektir (gelen tellerin eksen üzerindeki kinetik enerjisinin üç ila dört katı).

Bu sıcaklık iki farklı yöntemle belirlenmiştir. Bir yanda 3,44 milyar Kelvin sıcaklık veren Bennett bağıntısı (en) , diğer yanda 3,7 milyar Kelvin ( 320 keV ) veren çizgi genişletme yöntemi ile .

Yeni bakış açıları

2004 ve 2005 yıllarında gerçekleştirilen deneylerde tarafından kamuoyuna Sandia içindeMart 2006tel ağının çapının artması ve tungsten tellerin yerini çelik tellerin alması, üretilen plazmalarda 2 ila 3 milyar derecelik iyonik sıcaklıkların ölçülmesini mümkün kılmıştır . Hidrojen , döteryum veya trityum atomlarının füzyonu için gereken sıcaklıklardan çok daha yüksektir ve pratikte olmasa da teoride hidrojen atomlarının lityum veya boron gibi daha ağır atomlarla füzyonuna izin verir ; bu iki reaksiyon, ne nötron ne de radyoaktif atık ( aneutronik füzyon ) üretmedikleri sürece, gerçekten temiz olma avantajına sahiptir; bu, döteryum ve trityum bazlı reaksiyonlarda durum böyle değildir .

İlk kez, yayılan güç , plazmanın sıkıştırılması sırasında geliştirilen kinetik enerjinin tahminini (3 ila 4 kat arasında) aştı . Bu ek enerjinin kaynağı belirsizliğini koruyor, çünkü sadece nadir bir açıklama denemesi yayınlandı.
İlk randevu, Imperial College of London'da plazma fiziği alanında profesör ve araştırmacı olan Malcolm Haines'inki ; Kinetik enerjisi iyonlara aktarılacak, böylece plazmanın sıcaklığını yükseltecek, ardından yayma yoluyla serbest bırakılacak olan elektronlara, daralmanın son aşaması sırasında, sayısız manyetohidrodinamik mikro-kararsızlıkların olası görünümünü vurgular. x - ışınları .

Füzyona izin veren basınçların elde edilmesini kolaylaştıracak Thor cihazı gibi Z-makinesinin yenilenmesi için yeni cihazlar test edilmektedir .

evrimler

ZR makinesi , ya da Z-Yenilenmiş makinesi , Z makinesi (26.000.000 amper) daha etkili bir versiyonudur. Faaliyetine 2007 yılının ilk çeyreğinde başlamıştır.

Benzer deneyimler geliştiren diğer siteler

Z makinesine benzer tesisler diğer ülkelerde de mevcuttur:

içinde Çin , QIANGGUANG-ı jeneratör dan NINT ( Nükleer Teknoloji Kuzeybatı Enstitüsü ), yakın Xi'an ( Shaanxi );
içinde Fransa'da , SPHINX jeneratör (eskiden ECF jeneratör sirinks projesi itibaren) Gramat test merkezinde ( Lot );
içinde Britanya'da , jeneratör MAGPIE (in) arasında Imperial College London ;
içinde Rusya , GIT-12 jeneratör Yüksek Akım Elektronik Enstitüsü Tomsk .

Notlar ve referanslar

(in) " Z, Ateşlendiğinde, zaten Dünyadaki En Büyük X-ışınları üreticisidir " ( Hızlı ateşleme darbesi Sandia Z yöntemini yüksek verimli füzyon reaktörü hedefine yaklaştırır ).
(inç) Sandia'nın Z Makinesi iki trilyon derece Kelvin'i aşıyor .
(inç) Z Makinesi, elması su birikintisine eritir .
(tr) Hızlı ateşleme darbesi Sandia Z yöntemini yüksek verimli füzyon reaktörü hedefine yaklaştırıyor - 24 Nisan 2007 .
M. G. Haines , PD LePell , CA Coverdale , B. Jones , C. Deeney ve JP Apruzese , “ Ion Viscous Heating in a Magnetohydrodynamically Unstabil Pinch at Over 2 × 10 9 Kelvin ”, Physical Review Letters , cilt. 96, n o 7,23 Şubat 2006, s. 075003 ( DOI 10.1103 / PhysRevLett.96.075003 , Bibcode 2006PhRvL..96g5003H , çevrimiçi okuyun [PDF] )
2004 yılında bir belge [PDF] bu fenomeni bildirmişti, ancak sıcaklıklar henüz kesin olarak ölçülememişti.
Bu makalede bir Alman ekibi tarafından başka bir açıklama öne sürülmüştür [PDF] .
Malcolm Haines'in yayınının özeti (23 Şubat 2006).
Malcolm Haines tarafından yazının Fransızca Sunum ve analiz [PDF] tarafından Jean-Pierre Petit (25 Mayıs 2006).
(içinde) Sandia Labs , " Sandia Ulusal Laboratuvarları: Thor'un çekici. . . » , Sandia Laboratuvarlarında ,25 kasım 2015( 26 Nisan 2019'da erişildi )
Erişilebilir belgelerin azlığı, Z makinesiyle karşılaştırılabilir olduğundan emin olmamıza izin vermiyor. Belgeler [PDF] ve [1] bir fikir oluşturmaya yardımcı olacaktır.
SYRINX projesinin ECF üreteci ile ilgili Mathias Bavay'ın tezinin (8 Temmuz 2002) bölümü .
SPHINX jeneratörün Açıklaması [PDF] Bir de kağıt de X inci Megagauss Konferansı.
MAGPIE üretecinin tanıtımı .
O kadar jeneratör üzerinde bilgi içerir Bölüm V arasında Dominique Huet tezi [PDF] .