Старшеклассники собрали термоядерный реактор в гараже и ставят эксперименты


    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.
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 87

      0
      Интересно, что произошло, что на полу такое обгоревшее пятно? И зачем видеокассеты — ведь это ж ой как несовременно. Или гранта в $250K не хватило?
        –2
        Опередили. Дважды.
          0
          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.
            0
            я такие оставлял кальяном, когда его случайно переворачивал…
              0
              Это все фигня, чтобы набрать классы.

              https://ru.wikipedia.org/wiki/Хан,_Дэвид — учитесь вот у этого паренька.
                0
                То есть, это замануха, чтобы побольше пытливых умов, а вместе с ними и нездоровых умов собрать вместе? )
              +18
              Детектор нейтронов нашего фузера продаются в канадской компании BTI (детектор пузырьков).

              Это не детектор пузырьков, а пузырьковый детектор нейтронов
                +1
                Понял, спасибо!
                +6
                В России нет, например, рынка вторичного лабораторного оборудования. За год мониторинга не увидел на avito, например, ни одного криокулера, тащемта.
                  –9
                  Думаю, 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?
                    +7

                    Именно. Поэтому эксперементальную физику лучше вообще запретить.

                      +7
                      Неправославненько это, купите лучше иконок на все деньги.
                      –1
                      Галактический гомункул?
                      +8
                      А 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.
                        +1
                        Практически все приборы содержат драгметаллы. Списывать это жуткий гемор, никто не будет заморачиваться. А даже если удаётся что-то списать, продать это нельзя, только утилизировать.
                          +3
                          Кстати 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.
                            0
                            Вот там и надо иметь контакты для поиска запчастей и приборов.
                        +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
                          0
                          Небольшой рынок есть. Только он чисто хабарно-сталкерский и находится на форумах и в соцсетях. Правда, приобрести там можно в основном железки полувековой давности.
                            +1
                            Оборудование 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.
                            0
                            Расскажите, кто-нибудь, пожалуйста, какие тут аспекты безопасности? И как они решаются, исходя из этой заметки?
                              +1
                              Высокое 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.
                                –12
                                Какие 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.
                                  +6
                                  А с каких пор напряжение в ваттах измеряют? и с чего бы это по ГОСТ'у в америке делали?
                                    0
                                    Не ГОСТ, но близко. ISO 1609:1986.
                                      0
                                      это 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 16
                                        +1
                                        Блин. 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.
                                    +7
                                    кВ — 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.
                                      0
                                      >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 :)
                                        +1
                                        Ну 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
                                0
                                А где они берут дейтерий?
                                  0
                                  Продаётся в ампулах.
                                    0
                                    Можно и самому из обычной воды получить электролизом, но долго и дорого выходит.
                                      +1
                                      Дейтерий электролизом? напишите об этом, пожалуйста.
                                        0
                                        у 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.
                                          0
                                          Вот плейлист Коди который смог — http://www.youtube.com/watch?v=VC4dk1JU4tQ&list=PLKhDkilF5o6_MTogGYYdEetWJgglcqhCr
                                      0
                                      По первой ссылке — баллон для лекционных экспериментов напрокат. Достать несложно, в принципе. Это не радиоактивный тритий и не металлорганика.
                                      0
                                      Они хотя-бы одну реакцию то провели?
                                        +5
                                        находится под очень сильным отрицательным напряжением

                                        «Высоким» же. Что за сильное и ловкое напряжение?
                                          –1
                                          Опять 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/
                                            +11
                                            Отбросьте эту снисходительную осведомлённость и переведите сюда наиболее показательную по Вашему мнению статейку. Уверен, что сообщество оценит это по достоинству.
                                              0
                                              Уже 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.
                                              +1
                                              Вот 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)
                                                0
                                                image
                                                image
                                                  0
                                                  Вот зачем Вы мотивацию написать статью сбиваете? А ещё (шёпотом) спойлеры есть.
                                                    0
                                                    когда осознал было уже поздно
                                                  0
                                                  А вот «домашний» микротрон на радарном магнетроне

                                                  http://www.rapp-instruments.de/Beschleuniger/Mikrotron/Mikrotron.htm

                                                  image

                                                  Этот любитель вообще много страшных и не очень вещей дома делает, а ля рентгеновская «фотовспышка»

                                                  http://www.rapp-instruments.de/diverse/marx2/marx2.htm
                                                  0
                                                  А 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.
                                                    0
                                                    Можно, 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.
                                                    0
                                                    А ещё его можно использовать в школьной и вузовской астрономии, ядерном материаловедении и химии, биохимии.
                                                      0
                                                      А какова температура в фузорах?
                                                        +1
                                                        смотря что мерить, если энергию отдельных ионов то дофига, единицы кэв…
                                                          0
                                                          Энергия реакции. Ее, конечно, можно снизить, чтобы термояд получить, но все же… Очень высокие температуры же, как они такое соорудили… Вообще, надо будет почитать про фузоры.
                                                            +2
                                                            Это неравновесная плазма — температуры у нее нет.
                                                        –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…
                                                          0
                                                          Вот 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.
                                                          +3
                                                          Странное 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.
                                                            +3
                                                            Для 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.
                                                              0
                                                              Разве 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.
                                                                0
                                                                >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.
                                                                  0
                                                                  Отчего 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.
                                                                    0
                                                                    Нет, не будет там неподвижных ионов. Они будут либо осциллировать относительно центра либо рекомбинировать.
                                                                0
                                                                Можно 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).
                                                                  0
                                                                  Ну 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.
                                                                    0
                                                                    В 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.
                                                                      0
                                                                      Насчёт 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.
                                                                        0
                                                                        Может у вас и расчеты есть?
                                                                          0
                                                                          Результаты 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 бериллия
                                                                            0
                                                                            А причем тут GF и адиабатическое сжатие FRC, если мы говорим про пинч? Вот 600 тесла — это ни о чем для пинча.
                                                                              0
                                                                              Расчёт 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.
                                                                            0
                                                                            Расчет 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)
                                                                              0
                                                                              >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.

                                                                                0
                                                                                Импульсная 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.
                                                                                  0
                                                                                  Ну 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
                                                                                    0
                                                                                    NIF 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.
                                                                                      0
                                                                                      Опечатка: 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.
                                                                                        0
                                                                                        Честно — не думаю, что это можно утверждать без подробных магнитогидродинамических расчетов, хотя бы в 2D приближении.
                                                                                          0
                                                                                          В 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?
                                                                                            0
                                                                                            Опечатка: квазистационарные магнитные поля в космосе. Подходит ли их энергия на роль тёмной энергии.
                                                                                              0
                                                                                              Может 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).
                                                                                                0
                                                                                                Чтобы 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.
                                                                                    0
                                                                                    Кстати, 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.
                                                                                      0
                                                                                      Создать и импульсно нагреть плазму в термоядерной мишени можно и без микроволн, а используя ионизацию и разогрев плазмы в термоядерном узле с помощью электрического взрыва тончайшей кольцевой электропроводной проволочки из Li или Be.
                                                                                      В этом случае термоядерный узел (ТУЗ) содержит тороидально-полоидальную катушку из металлической (бериллиевой) ленты, наклеенную на внутренней поверхности полого бублика и заряд ВВ, нанесённый на наружную поверхность полого бублика. Полый бублик в ТУЗ сделан из неэлектропроводной керамики или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным компаундом. Наружный диаметр полого бублика равен 15..20см, малый радиус тороидальной полости внутри полого бублика равен 6..8см.
                                                                                      Be-лента по меньшей мере три раза проходит через дырку бублика и образует трёхвитковую электропроводную катушку, выполняющую роль лайнера для имплозии.
                                                                                      На наружную поверхность полого бублика нанесён слой ВВ оксиликвит, переменой толщины. Максимальная толщина слоя ВВ — на внешней стороне наружной поверхности полого бублика, максимально удалённой от вертикальной оси бублика. Минимальная толщина слоя ВВ — на наружной поверхности бублика, обращённой в сторону его дырки. Промежуточная толщина слоя ВВ — на верхней и нижней сторонах наружной поверхности бублика. На внутреннюю сторону Be-ленты и внутреннюю поверхность полости бублика криогенно наморожен слой DT, или нанесён в виде соединения LiD+LiT. DT- топливо в полости бублика содержат также в виде DT-газа с концентрацией 10^17 частиц/см3. Для создания плазмы внутри тороидальной полости полого бублика помещают изолированную дейтерированным полиэтиленом тончайшую кольцевую электропроводную проволочку из Li или Be. Массу проволочки выбирают много меньшей массы газа DT, содержащегося внутри тороидальной полости бублика. Для инициирования подрыва ВВ ТУЗ помещают в вакуумированную взрывкамеру с внутренним диаметром 8м. Для создания внутри взрывкамеры вертикального магнитного поля напряжённостью 10 Тесла, снаружи взрывкамеру окружают два сверхпроводящих соленойда полоидального магнитного поля.
                                                                                      Термоядерный узел помещают (вбрасыванием сверху вниз) в центр взрывкамеры и несколькими маломощными импульсными лазерными лучами инициируют подрыв ВВ на наружной стороне бублика. Имплозия ленты трёхвитковой катушки внутри бублика приводит к нарастанию тороидально- полоидального магнитного поля внутри бублика, нарастанию азимутальной компоненты вихревого электического поля внутри бублика, а также к электрическому разряду и взрыву кольцевой электропроводной проволочки внутри полости бублика. этот взрыв ионизирует DT-газ внутри полости бублика и образует тороидальноую плазму, а наведенный имплозией тороидальный ток по плазме нагревает ёё до 100ЭВ. Дальнейшая имплозия замагниченной тороидальной плазмы с вмороженным в неё тороидально-полоидальным магнитным полем приводит к нарастанию тороидально-полоидального магнитного поля в плазме до 666 Тесла и к началу термоядерных реакций в сжатой имплозией тороидальной плазме.
                                                                                        0
                                                                                        Be- лента намотана на тороидальную полость бублика ТУЗ. Начало и конец Be-ленты соединены между собой, так что трёхвитковая катушка замкнута сама на себя, три раза оборачивается вокруг тороидальной полости бублика, если двигаться вдоль длины катушки. Для более полного перевода энергии ВВ в энергию тороидально-полоидального магнитного поля можно использовать несколько одинаковых трёхвитковых катушек. Все трёхвитковые катушки намотаны на тороидальную полость, но сдвинуты друг относительно друга по азимутальному углу. Два сверхпроводящих соленойда полоидального магнитного поля — аналогичны катушке PF1 токамака ИТЭР.
                                                                      • UFO just landed and posted this here
                                                                          0
                                                                          Это 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.
                                                                            0
                                                                            тут 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.

                                                                          Only users with full accounts can post comments. Log in, please.