Самодельный фузор
Бывает, что школьные уроки физики скучны, хочется серьёзных экспериментов, а не поджигать спирт в пробирке. Почему бы тогда не собрать у кого-нибудь гараже термоядерный реактор? Именно это сделали школьники в городке Федерал Вей, штат Вашингтон. Как выяснилось, сборка фузора Фарнсуорта под силу даже любителю.
Каждую пятницу около 20 энтузиастов собираются в подвале скромного дома в Федерал Вей и ставят различные эксперименты. Этот клуб экстремальной науки — идея Карла Гренингера (Carl Greninger), программного менеджера Microsoft (днём) и энтузиаста-учёного (вечером). У него вызывает тревогу нынешняя система школьного образования, которая не даёт детям познать реальное удовольствие от экспериментальных открытий.
Так появился Extreme Science Club. За последние годы им удалось выиграть несколько наград на региональных научных конкурсах, занять 4-е место на мировом конкурсе ISEF, а также получить более $250 000 стипендий для обучения участников клуба в колледжах.
В данный момент ребята исследуют упругие столкновения в физике плазмы и выполняют расчёты потока бора в ядерной биохимии, сказано на официальном сайте.
Фузор Фарнсуорта–Хирша — небольшой термоядерный реактор, который сконструировали американские изобретатели Фило Тейлор Фарнсуорт и Роберт Хирш в 1964 году. С тех пор было изготовлено несколько вариантов фузера, но этот вид реактора и близко не может приблизиться к критерию Лоусона, так что для коммерческих целей подходит реактор другого типа — токамак.
В фузоре дейтерий подаётся под низким давлением в сферическую камеру реактора.
Сферическая камера реактора
Центральная решётка в камере находится под очень высоким отрицательным напряжением, а камера заземлена. В результате электроны отрываются от атомов водорода, а камера наполняется положительно заряженными дейтронами. Эти ядра на высокой скорости устремляются в центральную решётку реактора, некоторые пролетают сквозь неё и сталкиваются в центре. Все промахнувшиеся дейтроны, в идеале, затем полетят обратно и тоже столкнутся друг с другом. В любительских фузорах центральная решётка обычно имеет диаметр 3-5 см, а камера может быть сферой с диаметром 20 см.
Вот как выглядит «гаражный фузор» с панелью управления на верхней полке и вакуумной системой и источником напряжения на нижней полке.
Некоторые другие любительские фузоры.
Фузор школьников в Федерал Вей
Детали для вакуумной системы и источника напряжения добывались на eBay и с университетских складов. Иногда там можно купить очень много деталей по сотне баксов за каждую, которые потом перепродать на том же eBay по тысяче.
Баллоны с дейтерием несложно достать в коммерческих фирмах.
Детектор нейтронов нашего фузера продаются в канадской компании BTI (пузырьковый детектор нейтронов).
На форумах по фузорам дадут много советов, где и что нужно покупать.
Наверное, такие установки можно собирать на практических занятиях и в отечественных школах.
Комментарии (85)
Calvrack
10.04.2016 21:53+6В России нет, например, рынка вторичного лабораторного оборудования. За год мониторинга не увидел на avito, например, ни одного криокулера, тащемта.
sillywilly
10.04.2016 22:52-9Думаю, у государства контроль за продажей и оборотом подобного оборудования. А вдруг вы соберете ракету со своим генетическим материалом в качестве груза, дабы стать прародителем жизни в соседней галактике, мммм?
tzlom
10.04.2016 23:12+8А откуда ему быть? На производствах оборудование работает пока не умрёт, обновляют его там редко, а лаборатории продать оборудование не могут в принципе, потому что всё это куплено на гранты, а то, что оно уже может быть не нужным и вообще устарело — никого не волнует, чтобы продать, списать, или даже модернизировать нужно собрать тонны документов и на любом этапе какой-нибудь очередной чинуша может развернуть.
ivlis
11.04.2016 05:11+1Практически все приборы содержат драгметаллы. Списывать это жуткий гемор, никто не будет заморачиваться. А даже если удаётся что-то списать, продать это нельзя, только утилизировать.
Calvrack
11.04.2016 08:27+3Кстати про драгметаллы мне в голову не приходило. Вот казалось бы какое косвенное влияние закона.
Я уж не знаю не Плюшкин ли во мне говорит, но когда видишь например списанные станки, даже в целом убитые — как-то грустно становится — в них куча узлов которые можно переиспользовать — но доступ нормальный к ним имеют только алкаши с пунктов приема лома.
mukizu
10.04.2016 23:51+1>avito
Так вы не там смотрите. Обычно все такое продается с сайтов аля из рук в руки, ибо все помнят газету, чаще размещается в виде xls на сайте ведомства или росимущества какого-нибудь
Neuromantix
11.04.2016 11:15Небольшой рынок есть. Только он чисто хабарно-сталкерский и находится на форумах и в соцсетях. Правда, приобрести там можно в основном железки полувековой давности.
Gryphon88
12.04.2016 10:33+1Оборудование находится в собственности не лаборатории, как в штатах, а напрямую институтов. И ечли планируется выкинуть оборудование, его надо корректно списать. Если там драгметаллы, радиоактивность или его просто купили за очень дорого — гемор редкий. А ещё в порядке «списания». до того момента как можно будет его забрать, прибор может простоять годик в неотапливаемом помещении с текущей крышей, и это никого уже не удивляет.
kuraga333
11.04.2016 00:47Расскажите, кто-нибудь, пожалуйста, какие тут аспекты безопасности? И как они решаются, исходя из этой заметки?
Fullmoon
11.04.2016 01:17+1Высокое напряжение, по большей части. Тан несколько десятков кВ обычно. Мягкий рентген, немного нейтронов, ультрафиолет (если в окошко глазами смотреть) — спать в обнимку, наверное, не стоит, но ничего такого, что сильно бы навредило на полчаса работы, тем более в такой вакуумной камере.
Это всё, разумеется, про такие школьно-студенческие проекты. В промышленности они, ЕМНИП, как источник нейтронов используются — там, естественно, всё серьёзнее — и с опасностью, и с мерами безопасности.
magamos
11.04.2016 06:28-12Какие десятки киловатт? Охлаждающий контур малюсенький и водяной или гликолевый, а не хотя бы жидкий азот. И даже коллектора для равномерного пропускания охлаждения по контурам нет. От силы тепловыделение киловатт 5.
P.S. На главном рисунке ближний к нам болт — не по ГОСТу, укороченный.
Foolleren
11.04.2016 06:35+6А с каких пор напряжение в ваттах измеряют? и с чего бы это по ГОСТ'у в америке делали?
Fullmoon
11.04.2016 09:02Не ГОСТ, но близко. ISO 1609:1986.
Foolleren
11.04.2016 11:48это конечно не совсем про болты, но ссылка на них есть =)
Да уж одни понты, даже метровый фланец надо не больше 14 болтов, а тут их 16Fullmoon
11.04.2016 12:05+1Блин. Не туда смотрел, не о том думал.
Это не ISO, это CF. Высоковакуумные фланцы с медным уплотнением. 16 болтов — это шестидюймовый фланец.
У них с комплектом болтов всё, соответственно, ещё хуже.
Fullmoon
11.04.2016 08:56+7кВ — это, естественно, киловольты.
Энергопотребление всей установки — меньше киловатта, и это в основном форвакуумный насос.
А полный комплект строго одинаковых болтов на исошный фланец бывает, только если ты этот фланец купил не более чем месяц назад. Теряются, зар-разы.
tnenergy
11.04.2016 19:52>А полный комплект строго одинаковых болтов на исошный фланец бывает
А без этого в высокий вакуум никак? Я как-то писал про вакуумную систему ИТЭР, но кажется даже близко не осознаю размер геммороя :)Foolleren
11.04.2016 20:09+1Ну как сказать, тут зависит от стандарта по которому изготовлены болты, у некоторых болтов с накатанной резьбой несколько первых витков скошены, и если резьба не выглядывает из под гайки велика вероятность того, что усилие прижима не равномерно, или в процессе затягивания резьба сорвётся, для высокого вакуума это проблема, а обычный технический, наши российские умельцы умудрялись и на 1 шпильку герметизировать, и на 4 без прокладки XD
32bit_me
11.04.2016 01:56А где они берут дейтерий?
DrSavinkov
11.04.2016 04:21Продаётся в ампулах.
Foolleren
11.04.2016 08:38Можно и самому из обычной воды получить электролизом, но долго и дорого выходит.
assign
12.04.2016 14:04+1Дейтерий электролизом? напишите об этом, пожалуйста.
Foolleren
12.04.2016 15:25у тяжёлой воды константа диссоциации ниже, и pH щелочной, в результате первым делом на электролиз отправляется обычная вода, а тяжелая накапливается. согласно той же самой википедии(старой версии страницы) электролизом 100 литров воды можно получить 7,5 мл воды с 60% концентрацией тяжёлой( хотя наверное там имелось в виду полутяжёлой) воды.
Calvrack
12.04.2016 20:02Вот плейлист Коди который смог — http://www.youtube.com/watch?v=VC4dk1JU4tQ&list=PLKhDkilF5o6_MTogGYYdEetWJgglcqhCr
Fullmoon
11.04.2016 09:11По первой ссылке — баллон для лекционных экспериментов напрокат. Достать несложно, в принципе. Это не радиоактивный тритий и не металлорганика.
REPISOT
11.04.2016 06:54+5находится под очень сильным отрицательным напряжением
«Высоким» же. Что за сильное и ловкое напряжение?
Demonos
11.04.2016 08:05-1Опять фузор. Опять из Америки. Опять под заголовком «Американский школьник собрал термоядерный реактор». Внутри несколько фоток и беглое описание устройства. Плодят эти статьи, что ли? Неподалёку есть огромный ресурс, где авторы выкладывают лргворки своих устройств едва не каждую неделю. С линейными ускорителями, Ван Де Граафовскими, детально расписаны ионные пушки, вакуумные технологии, которые применяются при создании фузоров. Не боитесь английского, добро пожаловать!
http://fusor.net/board/igruh
11.04.2016 08:32+11Отбросьте эту снисходительную осведомлённость и переведите сюда наиболее показательную по Вашему мнению статейку. Уверен, что сообщество оценит это по достоинству.
ZloAlien
12.04.2016 11:29Уже заминусовали и слили карму? — не парьтесь и смиритесь с тем, что на хабре действительно плодят статьи о том, что Америка впереди планеты всей и вообще пора туда валить.
Demonos
11.04.2016 08:14+1Вот пара фоток небольшого любительского ускорителя
/>
/>
https://habrastorage.org/files/fdc/401/39f/fdc40139fb274daa9ceb8779db7692fe.jpg
https://habrastorage.org/files/fad/b79/1c6/fadb791c60da42369ac87957b7f9460b.jpg
(Опять не вставить картинки в комент)ikaktys
11.04.2016 11:03А вот «домашний» микротрон на радарном магнетроне
http://www.rapp-instruments.de/Beschleuniger/Mikrotron/Mikrotron.htm
Этот любитель вообще много страшных и не очень вещей дома делает, а ля рентгеновская «фотовспышка»
http://www.rapp-instruments.de/diverse/marx2/marx2.htm
Vjatcheslav3345
11.04.2016 09:26А в школах такие установки на уроках физики нельзя использовать? А то вот помню, — в школе у меня был в физкабинете лазер, в универе — тоже лазер — помощнее.
Fullmoon
11.04.2016 09:38Можно, хотя установка дороговата получается для одной демонстрации. Лазер-то можно в половине экспериментов по оптике применить.
С другой стороны, можно установку свести к баллону с дейтерием, электроду фузора на фланце и источнику высокого напряжения, а вакуумную установку ещё для чего-нибудь использовать. Но всё равно, это, имхо, уже уровень универа.
Vjatcheslav3345
11.04.2016 09:54А ещё его можно использовать в школьной и вузовской астрономии, ядерном материаловедении и химии, биохимии.
igorkozinov
11.04.2016 11:55-4«Фузор Фарнсуорта–Хирша — небольшой термоядерный реактор, который сконструировали американские изобретатели Фило Тейлор Фарнсуорт и Роберт Хирш в 1964 году.»
Вот откуда растут ноги у изобретений Хьюберта Фарнсворта! «Гуд ньюз, тим! Я только что придумал реактор, который может взорвать нашу планету! Или вскипятить чай за три секунды!»
Ну это надо же было додуматься — реактор в гараже. А если какой-нить умник, ОАШ, придумает хрено-умножитель фиго-частиц и скрестит его с реактором профессора Фарнсворта? А потом будем разбираться кто бросил сапог на пульт управления и где теперь эта Америка?
Как писал Хайнлайн. «Американцев во всем мире считают сумасшедшими. Они обычно признают, что такое утверждение в основном справедливо, и как на источник заразы указывают на Калифорнию. Калифорнийцы упорно заявляют, что их плохая репутация ведет начало исключительно от поведения обитателей округа Лос-Анджелес. А те, если на них наседают, соглашаются с обвинением, но спешат пояснить: все дело в Голливуде. Мы тут ни при чем. Мы его не строили. Голливуд просто вырос на чистом месте.
Голливудцы не обижаются. Напротив, такая слава им по душе. Если вам интересно, они повезут вас в Лорел-каньон, где расселились все их буйнопомешанные.»
Надо сказать, они много сделали для поддержания своей славы. То выпускают наборы «юный трупик» с образцами урана ( в 60гг прошлого века), то теперь реакторы…
ksr123
13.04.2016 06:38Вот вроде буквы есть, слова есть. Даже предложения и абзацы. А смысл куда-то делся.
Про «юный трупик» не понял. Да, обыватели считают уран смертельно опасным, но это далеко не так.
Demonos
11.04.2016 12:16+3Странное мнение, если честно. Если сделать можно, то почему бы не сделать? Как было отмечено, этот вид реактора и близко не может приблизиться к критерию Лоусона. Нонешние фузоры это высокотехнологичные игрушки, которые в основном потребляют энергию. Красиво светятся. Наглядно представляют физические законы. Позволяют исследователю на стадии сборки проникнуться, насколько тяжело получить приемлемый вакуум. И как венец — своя, настоящая, ядерная реакция синтеза. Это же чудо!
Безопасность? Ну есть нюансы. Вещества там расходуется микрограммы, ничего серьёзного не получить. Реактор светит рентгеном, нейтронами светит, когда реакция запускается, это да. В то же время риск получить электротравму или пожар во много раз больше, чем лучевое поражение.
tnenergy
11.04.2016 12:20+3Для тех, кому интересно, почему у нас еще не ездят машины на фузорах Фарнсуорта-Хирша, а счастливые американские семьи не выкидывают за ненадобностью солнечные батареи (ведь их дом теперь снабжается термоядерным электричеством), сообщаю:
Термоядерная реакция здесь возникает за счет ионизации и разгона атомов дейтерия к центру, где создается отрицательный потенциал в несколько десятков киловольт, соответственно ионы дейтерия набирают энергию в несколько десятков кЭв. Если они сталкиваются с этой энергией, то может произойти термоядерная реакция D+D -> T + p или D + D -> He3 + n.
Но! С гораздо большей вероятностью произойдет другое — ион попадет в электрод в центре (который создает отрицательный потенциал) и потратит свою энергию на ионизацию — это называется потери на проводимость.
Расчет показывает что никогда и ни при каких условиях энергия термоядерного горения D+D или даже D+T в таком фузоре не превысит расходов на проводимость, не говоря уже о выработки полезной энергии.Foolleren
11.04.2016 18:54Разве нескольких десятков кеВ достаточно для того чтобы произошло результативное столкновение с неподвижной мишенью? давным давно считал и мне показалось что недостаточно хотя не исключаю что ошибся.
tnenergy
11.04.2016 19:01>Разве нескольких десятков кеВ для того чтобы произошло результативное столкновение с неподвижной мишенью?
То ли я невнятно объяснил, то ли вы не поняли. Неподвижный мишеней тут нет, сталкиваются разогнанные к центру ионы друг с другом.Foolleren
11.04.2016 19:25Отчего то мне казалось что по мере приближения к центру они начинают тормозиться полем вызванным скоплением неподвижных ионов, и в лучшем случае происходит столкновение с неподвижными ионами, а столкновение лоб в лоб возможно только на запуске.
tnenergy
11.04.2016 19:34Нет, не будет там неподвижных ионов. Они будут либо осциллировать относительно центра либо рекомбинировать.
dan222
11.04.2016 22:10Можно создать жидкосолевой взрывомагнитный термоядерный реактор с лазерным инициированием детонации ВВ на кольцевых металлических термоядерных мишенях, подаваемых в сферическую вакуумируемую взрывкамеру, защищенную вращающимся расплавом флайба. Диаметр взрывкамеры 8..10метров. Стенки взрывкамеры охлаждают потоками жидкого флайба. Термоядерная мишень устроена как лайнер MAGLIF Z-машины:
цилиндр из бериллия (Be), длиной 10см, диаметром 10см, толщиной стенки несколько миллиметров, располагают в центре сферической взрывкамеры в аксиальном магнитном поле 10Тесла с конфигурацией простой двухпробочной магнитной ловушки, создаваемом внешними катушками, расположенными снаружи взрывкамеры. На наружной поверхности Be-цилиндра — нанесено ВВ оксиликвит. (Оксиликвит — это пористый уголь или пористый бериллий, пропитанный жидким кислородом). На внутренней поверхности Be-цилиндра — слой DT топлива. Для компрессии осевого магнитного поля внутри Be-цилиндра, создаваемого наружными соленоидами, инициируют ВВ с наружной поверхности сфокусированными маломощными импульсными лазерными лучами.
Плазму внутри Be- цилиндра создают и предварительно разогревают до 300 электронвольт микроволновыми лучами, направленными по образующим однополостного гиперболоида внутрь Be-цилиндра через его верхний торец. Лазерные и микроволновые лучи направляют внутрь взывкамеры через окошки в её стенках. Диапазон длин волн лазеров — оптический или инфракрасный (0.5...10микрон), микроволн — миллиметровый (0,3..3мм).tnenergy
11.04.2016 22:19Ну то что вы описали — это имеющий отличный научный базис (в отличии от других проектов), но все же концепт, от Sandia. До энергетики там еще очень далеко, и основной вопрос все таки в том, сколько проработает камера с регулярными взрывами в десяток гигаджоулей…
Кстати, не понял, откуда (и зачем) у вас появился оксиливит и микроволны. В исходном варианте их нет.dan222
11.04.2016 22:41В исходном варианте требуется возобновляемая при каждом новом выстреле коммутация формирующей линии. Поэтому появился оксиликвит, который при детонации обжимает Be-цилиндр. А микроволновые лучи по непересекающимся образующим однополостного гиперболоида вращения — для создания в плазме с помощью термоэдс вмороженной торидально-полоидальной конфигурации магнитного поля сферомачного типа.
dan222
13.04.2016 06:16Насчёт прочности взрывкамеры:
Она сделана из стали, вакуумирована, защищена демпфирующим слоем струй флайба. Поэтому взрывной импульс на её стенки приходит ослабленным. От радиационных повреждений защищена слоем струй флайба толщиной полметра. Незащищённые флайбом торцы патрубков для ввода излучения и флайба, заходящие внутрь камеры на глубину полметра, можно периодически менять.
Возможна например такая конструкция взрывкамеры:
Сверху в северном полюсе взрывкамеры — отверстие для забрасывания в её центр Be-цилиндра с оксиликвитом.
Снизу в южном полюсе взрывкамеры — отверстие для вывода вращающегося потока жидкого флайба и для ввода во взрывкамеру
замагниченного плазмоида диаметром 9см с обратным вмороженным магнитным полем.
На широте 40..50 градусов в стенках взрывкамеры расположены патрубки с отверстиями для ввода сфокусированных
лазерных и микроволновых лучей.
Когда плазмоид, двигаясь снизу вверх вдоль вертикальной оси взрывкамеры, доходит до её центра и заходит внутрь заранее вброшенного туда Be-цилиндра, плазмоид расстреливают через открытый верхний торец Be-цилиндра сфокусированными микроволновыми лучами на частоте электронно-циклотронного резонанса или на нижнегибридной частоте, чтобы подогреть плазмоид и создать внутри него тороидально-полоидальную конфигурацию магнитного поля, как в сферомаке.tnenergy
14.04.2016 00:23Может у вас и расчеты есть?
dan222
15.04.2016 15:24Результаты расчетов, аналогичные расчётам, проведенным фирмой generalfusion: http://www.generalfusion.com/downloads/ICC2007_MGL.pdf Параметры плазмоида
Параметры плазмоида до сжатия после сжатия
концентрация плазмы, см-3 1,25E+17 1,16E+20
температура плазмы, эв 1,00E+02 2,46E+04
диаметр плазмоида, см 10 1,02E+00
магнитное поле в плазмоиде, тесла 7,00E+00 6,66E+02
давление плазмы в плазмоиде, бар 2,00E+01 4,57E+06
давление магнитного поля в плазмоиде и снаружи его, бар 1,95E+02 1,76E+06
тепловая энергия в объёме плазмоида P*V, дж 1,05E+03 2,57E+05
Время удержания плазмоида в сжатом состоянии, сек 1,73E-06
Термоядерное энерговыделение, дж 1,10E+07
радиальная скорость разлёта сдетонировавшего оксиликвита v0, км/с 5,00
максимальная радиальная скорость Be-лайнера, км/с v0*ln(M0/M) 10,00
Начальная масса Т/Я мишени Be-цилиндра с оксиликвитом М0, г 260,57
Конечная масса Т/Я мишени Be-цилиндра без оксиликвита M, г 35,27
масса оксиликвита M0-M, г 225,30
Конструкция металлического цилиндра Т/Я мишени может быть слоёная: наружный слой из меди или урана и внутренний слой из бериллияtnenergy
17.04.2016 22:53А причем тут GF и адиабатическое сжатие FRC, если мы говорим про пинч? Вот 600 тесла — это ни о чем для пинча.
dan222
18.04.2016 10:00Расчёт адиабатического сжатия FRC у GF (generalfusion) и расчёт почти адиабатического сжатия плазмоида с вмороженным тороидально-полоидальным магнитным полем (666 тесла) сферомачного типа внутри Be-цилиндра похожи. Только начальные диаметры плазмоидов отличаются — 40см у FRC GF и 10 см у плазмоида внутри Be-цилиндра. Ещё отличие в том, что внутри FRC GF нет азимутального (т.е. тороидального) вмороженного магнитного поля, поэтому в FRC граница плазмы неустойчива в отличие от устойчивой границы плазмы в сферомаках.
dan222
17.04.2016 20:59Расчет параметров СВЧ лучей, необходимых для нагрева плазмоида и создания магнитных полей в плазмоиде для его магнитной термоизоляции:
Имена констант в расчете:
kb 1,38E-16 эрг/К постоянная Больцмана
me 9,00E-28 г масса электрона
mi 2,00E-24 г масса иона дейтерия
cs 3,00E+10 см/с скорость света
ee 4,80E-10 сгс заряд электрона
z 1,00E+00 заряд иона в относительных единицах
pi 3,14E+00 пи число пи
Расчет суммарной энергии СВЧ лучей Qgirtrn, необходимой для нагрева плазмы и генерации магнитного поля:
v имплозии 4,00E+05 см/с средняя скорость имплозии Be-цилиндра
Qgirtrn 3,54E+11 эрг энергия СВЧ лучей импульсных гиротронов (или гироклистронов, гироЛБВ)
Rp 4,50E+00 см начальный радиус плазмоида
V 3,82E+02 см^3 4/3*pi*Rp^3 начальный объём плазмоида
lx 4,50E+00 см Rp характерная длина поглощения СВЧ лучей в плазмоиде
ni 1,25E+17 см^-3 ni концентрация ионов в плазмоиде
Te 1,60E-10 эрг Kb*Te=(Qgitrn/V-Hmax^2/(4*pi))/2/ni=100 ev температура электронов в плазмоиде
ve 7,30E+08 см/с КОРЕНЬ(3*Te/me) тепловая скорость электронов в плазме
b0 4,80E-10 см2 z*ee^2/me/ve^2 прицельный параметр кулоновского рассеивания в плазме
Qs 2,17E-17 см2 2*pi*b0^2*15 сечение кулоновского рассеивания. Кулоновский логарифм=15
tau 5,05E-10 сек 1/(Qs*ve*ni) время пробега электронов в плазме
sig0 1,62E+16 сек-1 z*ee^2/me/Qs/ve электропроводимость плазмы
ts 4,57E-03 сек 4*pi*lx^2*sig0/cs^2 скиновое время рассасывания H поля в плазменной термопаре
H0 2,26E+06 Гс 4*pi*sig0*Te/cs/ee характерное H поле плазменной термопары по Веденову А.А.(Задачник по физике плазмы)
timp 1,00E-05 сек длительность СВЧ импульса микроволн от гиротронов
Qgirtrn — найдено из условия равенства энергии СВЧ лучей сумме энергий плазмы и магнитного поля в плазмоиде, пренебрегая потерями энергии на тормозное излучение и считая плазму покоящейся.
Расчёт напряжённости электромагнитного поля в окнах ввода СВЧ лучей, создающих тороидально-полоидальное магнитное поле в плазмоиде:
Hmax 1,06E+05 Гс (timp/ts)^0,5*H0 Амплитуда H поля созданного микроволнами в плазмоиде (Hfi Hr Hteta)
we 1,88E+12 c-1 ee*Hmax/me/cs электронно-циклотронная частота в плазмоиде
lambda 1,00E-01 см 2*pi*cs/we длина СВЧ волн импульсных гиротронов для циклотронного нагрева
R кам 5,00E+02 см внутренний радиус взрывкамеры
R ди 2,10E+01 см радиус диафрагмы (это внутренний радиус стволов для ввода импульсных СВЧ лучей гиротронов)
Rтём 1,46E+00 см 0,61*lambda/(R_ди/R_кам) радиус дифракционного тёмного пятна Пуассона в плазмоиде от СВЧ лучей
S ди/S кам 0,01764 40*pi*R_ди^2/4/pi/R_кам^2 относительная площадь 40шт окон ввода СВЧ лучей
E girtrn 4,91E+03 В/см (4*pi*Qgirtrn/40/timp/(pi*R_ди^2)/cs)^0,5*300 E-поле гиротрона в окне ввода СВЧ луча меньше пробойного в вакууме (30кВ/см)tnenergy
17.04.2016 23:01>timp 1,00E-05 сек длительность СВЧ импульса микроволн от гиротронов
>3,54E+11 эрг энергия СВЧ лучей импульсных гиротронов (или гироклистронов, гироЛБВ)
35,4 килоджоулей за 10 микросекунд? Импульсная мощность радиосистемы 3,5 гигаватт… вечер перестает быть томным.
dan222
18.04.2016 09:36Импульсная мощность радиосистемы 3,5 гигаватт — это не так много по сравнению с мощностью лазерной установки NIF равной 500 ТВт. Комплекс NIF состоит из 192 мощных лазеров.(https://ru.wikipedia.org/wiki/National_Ignition_Facility)
В импульсе света от лазеров NIF на Т/Я мишени была сконцентрирована энергия в 1,8 Мегаджоулей, что в 51 раз превышает энергию Qgirtrn=3,54E+11 эрг СВЧ лучей импульсных гиротронов (или гироклистронов, гироЛБВ). КПД импульсных микроволновых радиосистем порядка 50%, что больше чем КПД лазерных систем NIF в 10 раз. Поэтому стоимость лазеров NIF тоже раз в 50 больше стоимости импульсных гиротронов на энергию Qgirtrn 35,4кдж.tnenergy
18.04.2016 09:52Ну а причем тут NIF? Вы еще субфемтосекундные лазеры с мощностью в петаватты вспомните — но это не имеет никакого отношения к задаче. Самые мощные импульсные клистроны имеют мощность как раз в районе 3,5 мегаватт… ставить 1000 штук для того, что бы засовывать в мишень 35 килоджоулей — сомнительный подход
dan222
18.04.2016 10:44NIF тут вот причём: Если бы к взрывкамере NIF приделать снаружи два соленоида, создающих внутри взрывкамеры магнитное поле простой двухпробочной магнитной ловушки на 100 тесла, то энергии лазерных лучей NIF 1,8Мдж хватило бы на то, чтобы осуществить имплозию BE-цилиндра, даже без оксиликвита. Только надо будет еще слегка перенаправить лучи лазеров верхней (северной) полусферы NIF — по непересекающимся образующимся однополостного гиперболоида вращения, с углом тета к вертикальной оси в 45 градусов, чтобы создать в Т/Я мишени конфигурацию магнитного поля сферомака.
dan222
18.04.2016 10:58Опечатка: К взрывкамере NIF приделать снаружи два сверхпроводящих соленоида, создающих внутри взрывкамеры магнитное поле простой двухпробочной магнитной ловушки на 10 тесла, а не на 100 тесла.
tnenergy
18.04.2016 11:20Честно — не думаю, что это можно утверждать без подробных магнитогидродинамических расчетов, хотя бы в 2D приближении.
dan222
18.04.2016 12:44В 2D приближении не получится, т.к. процесс создания и компрессии магнитного поля в плазмоиде существенно трехмерен — тороидально-полоидальные магнитные поля сферомака имеют 3 компоненты в сферической системе координат: полоидальные компоненты Hr, Htetа и тороидальную (азимутальную) компоненту Hfi.
И ещё не совсем по теме: какая плотность тёмной энергии необходима для наблюдаемого темпа расширения вселенной? Подходят ли на роль тёмной энергии кавзистационарные магнитные поля в космосе, вмороженные в межгалактическую плазму?dan222
18.04.2016 13:03Опечатка: квазистационарные магнитные поля в космосе. Подходит ли их энергия на роль тёмной энергии.
dan222
19.04.2016 22:31Может быть и подходит давление квазистационарных магнитных полей в космосе для расширения межгалактической плазмы.https://ru.wikipedia.org/wiki/Тёмная_энергия
1,00E-29 г/см3 плотность тёмной энергии
9,00E-09 эрг/см3 плотность тёмной энергии
4,76E-04 Гс Такое магнитное поле обеспечит плотность энергии, равную плотности тёмной энергии.
Магнитные поля с индукцией от нескольких единиц до десятков микрогауссов пронизывают скопления галактик — галактические кластеры. Но в космическом пространстве, разделяющем такие кластеры, магнитные поля пока не обнаружены. Наверно потому что там пусто и нечему нам светить поляризованным светом. В центральных зонах галактик магнитные полямугут превышать и сотню микрогауссов. Недавно обнаружили например область, содержащую несколько черных дыр, оси вращения которых, а значит, и их магнитные поля ориентированы в одном направлении.
Теперь о самых мощных импульсных клистронах на длину волны 1мм. Появилась потребность в генераторах микроволн диапазона 0.5...5мм мощностью до 100МВТ (См. вашу статью На микроволнах в космос и немного матана). Ситуация напоминает ту, что привела к созданию мощных пучков нейтралов:
Появилась потребность нагрева плазмы пучками нейтралов — и были созданы генераторы нейтральных пучков с эквивалентным током сотни ампер. В мощных импульсных гироклистронах на 3.5МВт, о которых вы пишете, используются соленоиды диаметром максимум 60..80см. Для увеличения мощности и энергии генераторов микроволн почему бы не использовать в микроволновых генераторах соленоиды диаметром 4..5м на 10 тесла, используемым для создания пробок магнитных ловушек. Для создания 40 штук микроволновых лучей, направленных в плазмоид, можно применить усилители на прямолинейном РЭП с магнитостатическим преобразованием дрейфовой скорости электронов в осцилляторную предварительно развёрнутого в модуляторе релятивистского электронного пучка на участке монотонно нарастающего либо периодического магнитостатического поля. Магнитостатическое поле могут создавать несколькими соленоидами, аналогичными сверхпроводящим магнитным модулям ловушки MFTF. Магнитные ловушки и их пробки располагают снаружи взрывкамеры вокруг неё так, что их общее магнитное поле аналогично тороидальному магнитному полю токамака с гофрой. Плоскости соленоидов магнитных пробок проходят через вертикальную ось взрывкамеры. Внутри магнитных пробок (гофр) расположены отбиратели СВЧ энергии.Между магнитными пробками расположены широкоапертурные источники электронов, модуляторы и коллекторы заторможенного РЭП. В качестве модуляторов и отбирателей используют крупноапертурные (диаметром 1..2м) открытые двух или многозеркальные резонаторы с Т-волной, аналогичные многозеркальным крупноапертурным многопроходным открытым резонаторам газодинамических углекислотных лазеров с поперечным газодинамическому потоку отбором лазерного излучения. Эти сверхмощные преобразователи энергии постоянного тока в СВЧ энергию работают с КПД, близким к единице.(См. Кураев А.А., Мощные приборы СВЧ).dan222
19.04.2016 23:07Чтобы рассеянные полоидальные магнитные поля соленоидов простой двухпробочной магнитной ловушки взрывкамеры не мешали движению РЭП в микроволновых генераторах, 40 штук соленоидов микроволновых генераторов вокруг взрывкамеры можно расположить вертикально, оси их вертикальны. Диаметр каждого из 40 соленоидов импульсных микроволновых генераторов может составлять 4...5м. Над экваториальными плоскостями соленоидов расположены широкоапертурные источники электронов РЭП и модуляторы РЭП. Под экваториальными плоскостями соленоидов расположены коллекторы заторможенного РЭП. Внутри соленоидов в их экваториальных плоскостях в области максимального магнитного поля расположены отбиратели СВЧ энергии — например широкоапертурные многопроходные открытые резонаторы с квазиоптической системой выведения микроволновых лучей, сфокусированных в плазмоид по сорока лучам непересекаюшихся образующих однополостного гиперболоида вращения.
dan222
20.04.2016 13:09Кстати, мощность нагрева плотной плазмы в 3ГВТ при длительности 10мкс была осуществлена с помощью РЭП в ГОЛ-3.
(Ваша статья «Тихий термоядерный переворот» и http://plasma.nsu.ru/sk/beams.pdf). Бесстолкновительный нагрев плазмы (как в ГОЛ-3 нагрели) можно делать не одним РЭП, а несколькими (двумя-тремя) РЭП, ввинчивающихся в плазмоид по траекториям двух или трёх заходных спиралей, почти аналогичных двум или трём непересекающимся образующим однополостного гиперболоида вращения вблизи поверхности плазмоида (на расстояниях порядка радиуса плазмоида).
РЭП-ы получают как в ГОЛ-3 — генераторами, аналогичными генератору мощного микросекундного ленточного пучка У-2. Угол тета с вертикальной осью взрывкамеры этих спиральных траекторий можно повысить, используя магнитную самофокусировку РЭП до диаметра каждого из этих двух-трёх РЭП порядка 1см. При плотности тока РЭП 1..2 МА/см2 собственные тороидальные магнитные поля этих РЭП достигнут 10^5Гс и обеспечат угол наклона траектории тета=45 радусов к вертикальной оси, складываясь с вертикальным магнитным полем в центре взрывкамеры. В случае применения трёх РЭП источники электронов каждого РЭП должны быть разнесены по азимуту fi на 120 градусов вокруг вертикальной оси взрывкамеры. В этом случае возможно придется использовать не два, а только один соленоид вокруг экваториальной плоскости взрывкамеры, чтобы можно было сфокусировать его магнитным полем три РЭП в центр взрывкамеры при одновремённой конверсии поступательного движения электронов РЭП во вращательное (магнитостатическое преобразование дрейфовой скорости электронов в осцилляторную). Наклон пучков РЭП к вертикальной оси на угол тета нужен, чтобы усиливать полоидальное поле плазмоида.
Чем больше угол тета, тем больше интенсивность генерации полоидальных полей в плазмоиде РЭП-ом.
Чем меньше угол тета, тем больше интенсивность генерации тороидальных полей в плазмоиде.
При угле тета 45 градусов пучки РЭП одинаково интенсивно генерируют как полоидальные, так и тороидальные поля в плазмоиде.
Mixim333
11.04.2016 18:42Если честно, то мне даже в текущем возрасте было очень интересно увидеть эту систему в живую, посмотреть, как она работает, не говоря уже о школьном возрасте. Помню, какой энтузиазм был в 8 классе перед первой лабораторной работой по Химии, как интересно было смешивать реагенты и записывать наблюдаемые признаки химической реакции, а тут термоядерная реакция! Молодец Карл Гренингер и больше ничего не скажешь!
mortimoro
11.04.2016 18:58Это очень круто, если у них в гараже можно такие приборы собирать. У нас только одну нетипичную деталь попробуй купить — сразу звонок в дверь.
Помнится, в конце 90х мой товарищ искал на радиорынке какую-то специфическую электронную лампу для очередной своей игрушки — продавцы сразу опускали голову и говорили, что такой нету. Спустя 10 минут поисков его под руку подхватил какой-то мужик, настоятельно порекомендовал покинуть рынок и больше эту лампу не искать, чтобы не портить себе жизнь, и исчез так же быстро, как и появился.Foolleren
15.04.2016 16:17тут нет ничего такого кроме вакуумного насоса, остальное делается из обычных радиодеталей, в конце концов можно просто водороду в банку напустить и устроить тлеющий разряд, без счётчика гейгера, никто не поймёт что это фейк.
magamos
Интересно, что произошло, что на полу такое обгоревшее пятно? И зачем видеокассеты — ведь это ж ой как несовременно. Или гранта в $250K не хватило?
Jamato
Опередили. Дважды.
Rikkitik
На фото с пятном — какой-то абстрактный гаражный реактор, а тот, что в статье — на заглавном и самом последнем в ряду реакторов фото, в весёленьких «детских» цветах на фоне белых стен.
REU
я такие оставлял кальяном, когда его случайно переворачивал…
Jeditobe
Это все фигня, чтобы набрать классы.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Хан,_Дэвид — учитесь вот у этого паренька.
magamos
То есть, это замануха, чтобы побольше пытливых умов, а вместе с ними и нездоровых умов собрать вместе? )