Stołowe maszyny fuzyjne

Dlaczego biblioteka to podpowiada

Obie architektury stołowe są tu narysowane obok dużych maszyn, każda jako przekrój przez własną zasadę działania i opisana liczbą, którą podaje jej własna praca.

Galeria maszyn

Sześć sposobów utrzymania paliwa razem wystarczająco długo, by jądra się połączyły, narysowanych w przekroju. Wybierz architekturę, a panel powie, jak utrzymuje ona paliwo i co ta rodzina naprawdę zmierzyła — każda liczba pochodzi z jej własnej pracy i nic do niej nie dodano.

Architektura

Zacisk Z ze ścinanym przepływemGęste ognisko plazmoweInercyjne uwięzienie elektrostatyczneTokamakStellaratorInercyjny napęd laserowy

Wybrana architektura: Zacisk Z ze ścinanym przepływem

Jak utrzymuje paliwo. Ogromny prąd biegnie wzdłuż kolumny gazu, a własne pole magnetyczne kolumny ją ściska. Plazma poruszająca się szybciej na osi niż przy brzegu — ścinany przepływ osiowy — nie pozwala rosnąć zagięciu.

Co zmierzono. Na FuZE plazma pozostaje spokojna przez około szesnaście mikrosekund, a neutrony fuzyjne wychodzą równomiernie przez pięć z nich, przy prądzie zacisku bliskim 200 kiloamperów i promieniu zacisku około trzech milimetrów. Wydajność rośnie z kwadratem udziału deuteru i znika bez deuteru, co jest sygnaturą fuzji termicznej, a nie przypadkowej przyspieszonej wiązki.

Spokojny odcinek czasu:

1,6E-5 s

Równomierna produkcja neutronów:

5E-6 s

Prąd zacisku:

2E5 A

Promień zacisku:

3E-3 m

Wydajność neutronowa na impuls:

1,25E5

Szczytowa energia jonów to nie temperatura, a wydajność neutronowa to nie bilans energii. Każda liczba poniżej ma etykietę wielkości, którą podaje jej własna praca.

Przeczytaj kartę stojącą za tymi liczbami (po angielsku)

Urządzenie Tokyo Institute of Technology pracujące na deuterze przy 40 kilowoltach i 2 miliamperach wytwarzało stabilnie dziesięć tysięcy neutronów na sekundę ze stołu, a autorzy wykonali potem trudniejszą pracę ustalenia, gdzie zachodzą fuzje — znajdując wirtualną anodę stojącą w centrum, w pomiarze sondą i symulacji, które się zgadzają (Neutron production rate and plasma characteristics of spherically convergent beam fusion, 2001). Tryb gwiazdy, wirtualna anoda i zagnieżdżona wirtualna katoda takiego urządzenia są modelowane cząstka po cząstce wobec danych sondy w Kinetic characteristics of ions in an inertial electrostatic confinement device (2020), a własny przegląd architektury przez Defense Intelligence Agency kończy się konkretną propozycją — dwanaście działek jonowych o częstotliwości radiowej wycelowanych w jeden rdzeń, by zademonstrować próg opłacalności na paliwie wodór-bor (DIRD Inertial Electrostatic Confinement Fusion, 2010). Po stronie ogniska plazmowego, chilijska grupa pokazała, że maszyna magazynująca od 32 do 98 dżuli wciąż się zaciska, bo jest szybka, a nie duża — bateria 160 nanofaradów, 38 nanohenrów, prąd narastający w jakieś 150 nanosekund (Pinch evidence in a fast and small plasma focus of only tens of joules, 2004). Kilkaset dżuli z narastaniem w 300 nanosekund dało około 1,06 miliona neutronów na strzał (Neutron emission from a fast plasma focus of 400 Joules, 2003), a interferometria wewnątrz maszyny rzędu dziesiątek dżuli potwierdziła, że dynamika, warunki zacisku i gęstości elektronów maszyn wielkości hali są obecne wszystkie (Dynamics and Density Measurements in a Small Plasma Focus of Tens-of-Joules-Emitting Neutrons, 2011).

Eksperyment albo budowa

Zbuduj najpierw urządzenie inercyjnego uwięzienia elektrostatycznego: lista części to komora próżniowa, zasilacz wysokiego napięcia, klatka z drutu i licznik neutronów, a całość jest sprzedawana komercyjnie do inspekcji rudy. Potem zbuduj szybkie, małe ognisko plazmowe, co jest ćwiczeniem z mocy impulsowej — niska indukcyjność to cały problem projektowy. Pomiarem rozstrzygającym w obu przypadkach jest wydajność neutronów deuter-deuter na strzał albo na sekundę, przy czym wydajność skaluje się poprawnie z prądem i znika, gdy usunie się deuter, a licznik jest skalibrowany względem znanego źródła. Ta ostatnia klauzula odróżnia maszynę fuzyjną od maszyny, która pryska jonami w ścianę.