Sceptre(융접로)

Sceptre는 1957년부터 영국에서 제조된 Z-핀치 플라즈마 구속 개념을 기반으로 한 초기 핵융합 동력 장치였다.1947년 Cousins and Ware에 의해 임페리얼 칼리지 런던에서 제조된 최초의 핀치 머신으로 역사를 추적하는 일련의 장치들의 궁극적인 버전이었다.1950년에 영국의 핵융합 작업이 분류되었을 때, Ware의 팀은 Aldermaston에 있는 Associated Electrical Industries(AEI) 연구소로 이동되었습니다.연구팀은 Harwell의 노력을 지원하기 위해 고전압 금속 튜브를 사용하는 것과 관련된 문제를 해결했습니다.Harwell의 ZETA 기계가 분명히 핵융합을 일으켰을 때, AEI는 그들의 결과를 테스트하기 위해 더 작은 기계인 Sceptre를 재빨리 만들었다.Scepter는 또한 중성자를 생성했는데, 이는 명백히 ZETA 실험을 확증하는 것이다.나중에 중성자가 가짜라는 것이 밝혀졌고, 영국의 Z핀치 연구는 1960년대 초에 끝났다.

역사

배경

영국의 핵융합 연구는 1946년 임페리얼 칼리지에서 적은 예산으로 시작되었습니다.George Paget Thomson은 John Cockcroft의 원자력 연구 기관(AERE)으로부터 자금을 받지 못하자 스탠리 W. 커즌스와 앨런 알프레드 웨어(1924-2010^[1])라는 두 명의 학생에게 프로젝트를 넘겼습니다.그들은 1947년 ^[2]1월에 유리관과 오래된 레이더 부품을 사용하여 이 개념을 연구하기 시작했다.그들의 작은 실험 장치는 짧은 섬광을 발생시킬 수 있었다.하지만 온도를 ^[3]측정하는 방법을 생각해내지 못했기 때문에 빛의 성질은 미스터리로 남아 있었다.

모든 융합에 관심이 있던 짐 턱이 이 작품을 주목했지만, 이 작품에는 거의 관심이 없었다.차례로, 그는 피터 토네만에게 개념을 소개했고, 두 사람은 옥스퍼드 대학의 클라렌던 연구소에서 비슷한 소형 기계를 개발했습니다.터크는 장치가 만들어지기 ^[4]전에 시카고 대학으로 떠났다.Los Alamos로 이사한 후, Tuck은 그곳에서 핀치 컨셉을 도입했고, 결국 같은 방식으로 Maybeatron을 만들었습니다.

1950년 초에 클라우스 푸치스는 영국과 미국의 핵 기밀을 소련에 넘겼다는 것을 인정했다.핵융합 장치는 원자폭탄의 핵연료를 농축하는 데 사용될 수 있는 많은 양의 중성자를 생성하기 때문에 영국은 즉시 모든 핵융합 작업을 분류했다.이 연구는 계속할 수 있을 만큼 중요하다고 여겨졌지만, 대학 환경에서 비밀을 유지하는 것은 어려웠다.두 팀 모두 장소를 확보하기 위해 이동하기로 결정했다.웨어 산하 임페리얼 팀은 11월에^[2] 앨더마스턴에 있는 AEI(Associated Electrical Industries) 연구소에 설립되었고, 소네만 산하 옥스퍼드 팀은 UKAEA Harwell로 ^[5]이전되었다.

1951년에는 수많은 핀치 장치가 작동했습니다. Cousins and Ware는 여러 개의 후속 기계를 만들었고, Tuck은 아마이어트론을 만들었고, Los Alamos의 또 다른 팀은 Columbus로 알려진 선형 기계를 만들었습니다.나중에 Fuchs가 초기 영국 작업에 대한 정보를 소련에 전달했고 소련도 핀치 프로그램을 시작했다는 것을 알게 되었다.

1952년이 되자 기계에 뭔가 문제가 있다는 것이 모두에게 분명해졌다.전류가 인가되면 혈장은 처음에는 예상대로 꼬집어 내려갔다가 일련의 "꼬임"이 생겨 정현파 모양으로 진화하게 됩니다.외부 부분이 용기의 벽에 부딪히면, 소량의 물질이 플라즈마로 튀어 나와 냉각시키고 반응을 망칩니다.이른바 '킹크 불안정'이 근본적인 문제로 보였다.

실무

앨더마스턴에서 임페리얼 팀은 토마스 알리본의 지휘를 받았다.Harwell의 팀과 비교했을 때, Aldermaston 팀은 더 빠른 핀치 시스템에 초점을 맞추기로 결정했습니다.전원 공급 장치는 총 용량 66,000줄^[6](완전 확장 시)의 대용량 콘덴서로 구성되어 있어 저장된 전력을 고속으로 시스템에 덤프할 수 있습니다.Harwell의 장치는 느린 상승 핀치 전류를 사용했고, 같은 조건에 ^[7]도달하기 위해서는 더 커야 했다.

구부러진 불안정성을 해결하기 위한 초기 제안 중 하나는 진공 챔버에 유리 대신 전도성이 높은 금속 튜브를 사용하는 것이었습니다.플라즈마가 튜브 벽에 접근하면 이동 전류가 금속에 자기장을 유도합니다.렌츠의 법칙으로 인해 이 장은 플라즈마로 향하는 움직임에 반대하여 용기의 측면에 접근하는 속도가 느려지거나 멈추기를 희망합니다.Tuck은 이 개념을 "플라즈마에게 백본을 주는 것"이라고 언급했습니다.

원래 Metropolitan-Vickers에서 온 알리본은 작은 자기 삽입물을 사용하여 전기적으로 절연하는 금속 벽의 X선 튜브를 연구했습니다.그는 유리관이 감당할 수 있는 것보다 더 높은 온도로 이어질 수 있는 핵융합 실험에서도 같은 시도를 할 것을 제안했다.그들은 장축 20cm의 전포자관을 가지고 시작하였고, 그것이 깨지기 전에 혈장에 30kA의 전류를 유도할 수 있었다.그 후, 그들은 운모 삽입물을 사이에 두고 두 부분으로 분할된 알루미늄 버전을 만들었습니다.이 버전은 두 ^[2]반쪽 사이에서 혼란에 시달렸다.

금속 튜브가 앞으로 나아갈 길이라고 확신한 연구팀은 아크 문제를 해결하기 위해 다양한 재료와 시공 기술로 일련의 실험을 시작했다.1955년까지 64개의 세그먼트가 있는 하나의 세그먼트를 개발하여 60kJ 캐패시터 뱅크를 사용하여 80kA의 ^[6]방전을 유도할 수 있었습니다.튜브는 개선되었지만, 동일한 꼬임 불안정성으로 인해 어려움을 겪었고, 이 접근법에 대한 작업은 ^[8]중단되었습니다.

이 문제를 더 잘 특징짓기 위해 연구팀은 12인치 보어와 45인치 직경의 대형 알루미늄 토러스를 제작하기 시작했고 두 개의 직선 부분을 삽입하여 경주 트랙 모양으로 늘렸다."페퍼 포트"로 알려진 직선 부분에는 일련의 구멍이 뚫려 있고, 각이 져 있어 모두 장치에서 ^[6]다소 떨어진 하나의 초점을 가리켰다.초점에 배치된 카메라로 플라즈마 컬럼 전체를 촬영할 수 있어 불안정한 ^[8]과정에 대한 이해도가 크게 향상되었습니다.

이 문제를 연구하면서 샤브라노프, 테일러, 로젠블루트는 모두 진공관 주위를 도는 자석에 의해 생성되는 정상 상태의 트로이덜 장인 두 번째 자기장을 시스템에 추가하는 아이디어를 개발했습니다.두 번째 장은 플라즈마 내의 전자와 중수소가 힘의 선 주위를 돌도록 하여 핀치 자체에 의해 생성된 필드의 작은 결함의 영향을 감소시킵니다.이것은 미국과 영국 모두에게 상당한 관심을 불러일으켰다.Thomson은 작동 가능한 장치의 가능성과 미국에 대한 분명한 관심을 가지고 매우 큰 기계인 ZETA의 승인을 받았습니다.

셉터

Aldermaston의 Ware 팀은 동일한 정보를 사용하여 60kJ를 기존 캐패시터 뱅크에서 사용할 수 있는 경우 보어 2인치 및 직경 10인치 구리 코팅 석영 튜브 또는 보어 2인치 및 직경 18인치 올-구리 버전이면 필요한 조건에 도달할 수 있다고 계산했습니다.Sceptre I과 ^[8]II로 두 작업을 동시에 시작했습니다.

그러나 둘 다 완성되기 전에, Harwell의 ZETA 팀은 이미 1957년 8월에 안정된 플라즈마를 달성했습니다.Aldermaston 팀은 더 큰 사진 시스템을 완성하기 위해 경쟁했다.전기 아크와 튜브 조각 사이의 단락이 문제가 되었지만, 연구팀은 이미 이 장치를 수백 번 "건식 연소"하면 이 ^[9]효과를 줄일 수 있다는 것을 알고 있었다.아크를 해결한 후, 추가 실험을 통해 온도가 약 100만 ^[10]도라는 것이 입증되었습니다.시스템은 예상대로 작동하여 고속 촬영과 아르곤 가스를 사용하여 구부러진 부분의 선명한 이미지를 생성하여 밝은 ^[6]이미지를 생성하였다.

그런 다음 연구팀은 직선 부분을 제거하고 안정화 자석을 추가한 다음 기계의 이름을 Scepter ^[6]III로 다시 지었다.12월에 그들은 ZETA에서와 같은 시험운행을 시작했다.그들은 산소의 스펙트럼 라인을 측정함으로써 200만도에서 350만도의 실내 온도를 계산했다.측면의 슬릿을 통해 찍은 사진에서는 혈장 컬럼이 300~400마이크로초 동안 안정적으로 유지되는 것을 보여주어 이전의 노력보다 극적으로 개선되었습니다.연구팀은 역방향 작업을 통해 플라즈마가 구리보다 100배 정도 전기저항을 가지고 있으며 총 500마이크로초 동안 200kA의 전류를 전달할 수 있다고 계산했다.전류가 70kA 이상일 때 중성자는 ^[10]ZETA와 거의 동일한 수치로 관찰되었다.

ZETA의 경우처럼 중성자가 가짜 선원에 의해 생성되고 있다는 것을 곧 알게 되었고, 온도는 평균 ^[11]온도가 아닌 플라즈마 내 난류 때문이다.

셉터 4

1958년 ZETA의 대실패가 증명되었듯이, ZETA와 Sceptre IIIA에서 볼 수 있는 문제에 대한 해결책은 더 나은 튜브, 더 높은 진공, 더 밀도가 높은 플라즈마로 간단하기를 바랐다.Sceptre 기계는 훨씬 저렴하고 고출력 캐패시터 뱅크가 이미 존재했기 때문에 Sceptre ^[12]IV라는 새로운 장치를 사용하여 이러한 개념을 테스트하기로 결정했습니다.

하지만, 이러한 기술들 중 어느 것도 도움이 되지 않았다.Scepter IV는 이전 ^[12]기계와 동일한 성능 문제를 가지고 있음이 입증되었습니다.Sceptre IV는 영국에서 만들어진 마지막 "고전적인" 핀치 장치임이 입증되었습니다.

메모들

레퍼런스

좌표:51°22′09.3§ N 1°08′25.9§ W/51.369250°N 1.140528°W/ 51.369250, -1.140528