Китайцы занялись строительством Z-машины
Китайские специалисты занимаются строительством установки, которая будет использоваться для моделирования условий, возникающих при термоядерном взрыве. Как пишет South China Morning Post, новая установка, аналогичная американской Z-машине, будет использоваться для исследований в области высоких энергий и ядерных процессов в интересах китайских военных. Новая установка должна заработать в ближайшие несколько лет.
Сегодня крупнейшим в мире генератором высокочастотного электромагнитного излучения является установка Z Pulsed Power Facility, расположенная в Альбукерке в Нью-Мексико. Она принадлежит Сандийским национальным лабораториям и используется для исследования вещества в условиях экстремально высоких температур и давлений. Данные, полученные с помощью американской установки, также известной как Z-машина, применяются в различных научных областях, в том числе и в изучении различных ядерных процессов, включая и моделирование термоядерного оружия.
Американская Z-машина представляет собой цилиндрическую установку диаметром 32 метра и высотой 6 метров. Она окружена 36 электрическими радиальными проводниками диаметром один метр каждый. Установка заполнена деионизированной водой. Внутри Z-машины расположена камера диаметром 3 метра, в которой размещен цилиндр из 300 очень тонких вольфрамовых проволочек. В центре этого цилиндра устанавливается пластиковая емкость со смесью дейтерия и трития. Вся установка подключена к генераторам Маркса, импульсным генераторам высокого напряжения.
Во время экспериментов генераторы кратковременно подают на установку электрический ток, который через радиальные проводники поступает на цилиндр из вольфрамовых проволочек. Последние мгновенно испаряются, превращаясь в плазму. В этой плазме под действием электрического импульса возникает мощное магнитное поле, под действием которого происходит сжимание и нагревание токового канала — камеры, в которой располагался испарившийся вольфрамовый цилиндр. Это явление называется пинч-эффектом.
При сжатии и под действием высоких температур цилиндр за очень короткий промежуток времени генерирует рентгеновский импульс, от которого капсула с дейтерием и тритием сжимается в несколько раз, а ее содержимое испытывает колоссальные давление и температуру. Во время эксперимента в 2003 году с помощью машины удалось сжать цилиндр в семь раз с помощью рентгеновского импульса мощностью 120 тераватт. В 2006 году во время экспериментов вольфрамовые нити заменили стальными. В результате в установке удалось удавалось получать плазму с температурой от 2 до 3,7 миллиардов Кельвинов.
Исследователи утверждают, что Z-машина позволяет плавить алмазы. В 2003 году на установке был получен лед VII сжиманием воды под давлением в 70-120 тысяч атмосфер. Генераторы Маркса способны обеспечивать ток от 60-70 миллионов ампер. Во время работы они сильно нагреваются. Для охлаждения генераторов, представляющих собой параллельно-последовательную сборку конденсаторов, их погружают в камеры с трансформаторным маслом и деионизированной водой.
Строительством Z-машины в Китае занимается Китайская академия инженерной физики. Установка возводится в Мяньяне в провинции Сычуань, где расположена одна из китайских лабораторий по разработке ядерного оружия. Китайские разработчики утверждают, что их установка рассчитана на генерацию энергии около 60 мегаджоулей. Для сравнения, на американской Z-машине пиковое энерговыделение было зафиксировано на уровне 4 мегаджоулей.
Утверждается, что перед началом строительства большой установки Китайская академия инженерной физики построила уменьшенный ее прототип. На этой установке были проведены около 200 экспериментов с сентября 2014-го по декабрь 2017 года. Другие подробности о китайской Z-машине не уточняются.
В 2015 году американские ученые использовали Z-машину для исследования процессов, приводящих к выпадению гелиевого дождя на Сатурне. Во время эксперимента установка использовалась для обстрела дейтерия алюминиевой пластинкой массой 2 грамма, разогнанной до скорости в 27 километров в секунду. Когда пластинка попадала в образец, внутри него создавалось высокое давление без излишнего повышения температуры. При этом изотоп водорода переходил из состояния молекулярной жидкости-диэлектрика в состояние атомной жидкости-проводника.
Василий Сычёв
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Встраиваемая посудомоечная машина AEG FSR 52917 Z (911 536 452)
- Луч на пол +
- Таймер отсрочки запуска / до 24 часов /
- Расход воды за цикл 11 л
- Кол-во комплектов посуды 14
- Уровень шума 44 дБ
- Глубина для встраивания 550 мм
- Ширина для встраивания 600 мм
- Кол-во программ мойки 7
- Общее кол-во программ 7
- Габариты (ВхШхГ) 81. 5×59.6×55 см
- Высота для встраивания 820 мм
- Маркировка производителя 911 536 452
- Класс сушки A
- Класс мытья A
- Класс энергопотребления A++ / 266 кВтч/год /
- Дисплей LED
- Программы мойки быстрая мойкаавтоматическаяэкономнаяделикатная (для стекла)интенсивная90 минут, часовая
- Ключевые программы быстрая мойкаавтоматическаяэкономнаяделикатная (для стекла)интенсивная90 минут, часовая
- Сушилка конденсационная
- Тип установки полновстраиваемая
- Управление сенсорное
Источник: e-katalog.
Как работает машина Z? – Установка импульсного питания Z
Генератор банка Маркса
Маркс Банк. Каждая батарея Marx имеет шестьдесят конденсаторов емкостью 2,6 мкФ (43 нФ на одну батарею Marx в собранном виде), которые заряжаются параллельно и разряжаются последовательно. При заряде до 85 кВ его выходное напряжение составляет 5,1 МВ, а накопленная энергия составляет 20 МДж для всех 36. (Для заряда 90 кВ это 5,4 МВ и 23 МДж.) При разрядке пиковый ток каждого Маркса составляет около 150 кА. со временем до пика 1,5 мкс.
Конденсатор с промежуточным магазином
Водяной конденсатор промежуточного хранения. Вывод каждого устройства Marx сбрасывается в коаксиальный цилиндр диаметром 6,5 футов и длиной 10 футов (24 нФ, 3,8 Ом), заполненный водой. Этот цилиндр находится в масляном баке и имеет полиуретановые барьеры на каждом конце. Он действует как большой конденсатор, аккумулирующий энергию Маркса. Когда он достигает полного напряжения (от 5,1 до 5,4 МВ), он разряжается вниз по потоку с помощью переключателя, запускаемого лазером, с пиковым током 600 кА и временем нарастания 500 нс.
Газовый переключатель с лазерным срабатыванием
Лазерный переключатель. Каждый модуль имеет многоэлектродный лазерный переключатель кругового огня диаметром 18 дюймов и длиной 32 дюйма. Каждый переключатель удерживает до 5,4 МВ и запускается лазером на Nd: стекле мощностью 15 мДж. Поскольку у каждого переключателя есть собственный лазер, можно настроить выходной импульс Z, изменив время срабатывания лазера для каждого переключателя, таким образом добавляя токи от отдельных модулей в разное время.
Импульсно-формирующая линия
Линия формирования импульсов. Энергия промежуточного накопителя сбрасывается в коаксиальный водяной цилиндр диаметром 66 дюймов (1,7 м) и длиной 54 дюйма (1,4 м), который действует как второй водяной конденсатор (15 нФ, 2,7 Ом). Его выходной ток составляет 700 кА при времени нарастания 200 нс. Разряжается через саморазмыкающиеся водяные выключатели.
Саморазмыкающиеся водяные выключатели
Автоматические выключатели воды. Каждый линейно-импульсный выход имеет комплект из трех автоматически размыкающихся водяных выключателей, выходное напряжение которых регулируется изменением зазора между входным и выходным электродами. Поскольку они взрывают воду в канале между электродами, эти переключатели являются источником большей части механического удара машины при ее срабатывании.
Вертикально-горизонтальная свертка
Вертикально-горизонтальная спираль. Непосредственно за вакуумным изолятором каждая вертикальная тройная пластина соединяется с четырьмя горизонтальными дисковыми линиями передачи через вертикально-горизонтальную структуру с постоянным импедансом.
Линии электропередачи с магнитной изоляцией
Линии электропередачи с магнитной изоляцией. К вакуумной стороне электродных колец интерфейса присоединены пять гнездовых конусов из нержавеющей стали (общий вес около 10 тонн (9метрических тонн)) которые представляют собой линии вакуумной передачи и разделены всего на 1 см ближе к центру машины. По мере увеличения тока машины они становятся магнитно изолированными, что предотвращает короткое замыкание на этих линиях. Они обновляются после каждого выстрела.
Z-машина Sandia использует электричество для создания радиации и высокого магнитного давления, которые применяются в различных научных целях, начиная от исследования оружия и заканчивая поиском термоядерной энергии .
Процесс начинается с электричества от стены, которое Z использует для зарядки больших конденсаторы — конструкции, предназначенные для накопления электрического заряда и мгновенного его высвобождения. В каждом кадре машина потребляет ровно столько энергии, сколько потребуется для освещения 100 домов за несколько минут. Металлические тросы, расположенные как спицы колеса, соединяют конденсаторы с центральной вакуумной камерой диаметром 10 футов и высотой 20 футов. Кабели, некоторые из которых изолированы водой, а некоторые — маслом, имеют размеры примерно как Volkswagen Beetle и 30 футов в длину.
При срабатывании ускорителя мощные электрические импульсы поражают цель в центре машины. Каждый выстрел из Z несет в 1000 раз больше электричества, чем молния, и в 20000 раз быстрее. Мишень размером примерно с катушку с нитками состоит из сотен вольфрамовых проволок, каждая из которых тоньше человеческого волоса, заключенных в небольшой металлический контейнер, известный как хольраум (по-немецки полое пространство). Хольраум служит для поддержания равномерной температуры.
Поток энергии через вольфрамовые проволоки растворяет их в плазме и создает сильное магнитное поле, которое толкает взорвавшиеся частицы внутрь. Скорость, с которой движутся частицы, эквивалентна путешествию из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк — около 3000 миль — чуть менее чем за одну секунду. Затем частицы сталкиваются друг с другом вдоль оси z (отсюда и название Z-машины), и столкновения производят интенсивное излучение (2 миллиона джоулей рентгеновской энергии), которое нагревает стенки хольраума примерно до 1,8 миллиона градусов по Цельсию.
Приборы, измеряющие эти имплозии, должны быть еще быстрее, чтобы записывать детали процесса. Это дополнительная проблема для исследователей, которые полагаются на точность этих измерений, чтобы понять результаты Z и ядерные события в целом. Точные измерения позволяют ученым экспериментировать с различными мишенями, чтобы создать условия, полезные для самых разных целей.
О компании Z – Z Pulsed Power Facility
Z сжимает энергию во времени и пространстве для достижения экстремальных мощностей и интенсивностей, не встречающихся больше нигде на Земле. Приблизительно при 200 выстрелах Z каждый год машина использует ток около 26 миллионов ампер для достижения пикового рентгеновского излучения в 350 тераватт и мощности рентгеновского излучения в 2,7 мегаджоуля.
Машина Z расположена в Альбукерке, штат Нью-Мексико, и является частью программы Sandia Pulsed Power, которая началась в 1960-х годах. Импульсная мощность — это технология, которая концентрирует электрическую энергию и превращает ее в короткие импульсы огромной мощности, которые затем используются для генерации рентгеновского и гамма-излучения. Создаваемое в лаборатории контролируемое излучение создает условия, подобные тем, которые возникают при взрыве ядерного оружия, поэтому с самого начала импульсная энергия использовалась для изучения эффектов оружия.
Исследование оружия
Импульсная энергия исследовалась на протяжении десятилетий — сначала с относительно небольшими машинами, а теперь в некоторых случаях превышающими площадь теннисного корта более чем в три раза, называемыми ускорителями. По мере того, как разрабатывались ускорители для использования в исследованиях оружия, другой вид технологии, лазер, также совершенствовался и использовался для аналогичных целей.
Термоядерные исследования и лазеры
В течение многих лет лазеры считались передовой технологией для исследований термоядерного синтеза. Синтез — процесс соединения двух атомных ядер — — это мощная реакция, которая в настоящее время изучается как потенциальный источник энергии.
Лазеры полезны в исследованиях термоядерного синтеза из-за их прекрасной способности точно фокусироваться на небольшой площади. Это имеет решающее значение для экспериментов по термоядерному синтезу, потому что для того, чтобы сжать и нагреть исходные материалы достаточно для синтеза атомов, мощность должна быть резко сконцентрирована на мишени.
По сравнению с лазерными лучами, пучки частиц, создаваемые ранними ускорителями, было трудно сфокусировать на небольшой площади. Но в течение 1980-е Sandia разработала комплексные ускорители, предназначенные специально для изучения управляемого синтеза, и в рамках программы Pulsed Power Program моделирование эффектов оружия начало конкурировать с термоядерным синтезом по важности.
Z щипок
Один из ускорителей Sandia начал делать большие успехи в области термоядерного синтеза, но не с пучками частиц, а с другой технологией, известной как Z-пинч . Z-пинч изучался в Сандии с 1960-х годов в рамках программы создания оружия, но его потенциал для термоядерного синтеза не изучался, потому что пучки частиц казались более подходящими для этой цели.