세타 핀치

세타핀치(Teta-pinch, 또는 θ-pinch)는 핵융합발전로 설계의 일종이다.이 명칭은 원자로에서 플라즈마 연료를 제한하는 데 사용되는 자기장의 구성을 말하며, 극좌표 다이어그램에서 일반적으로 세타라고 표기되는 방향으로 실린더 주위를 회전하도록 배열되어 있다.이 명칭은 실린더의 중앙을 따라 흐르는 자기장을 배열한 핀치 효과에 기초하여 기계와 구별하기 위해 선택되었다. 이 기계들은 데카르트 좌표에서 Z축을 가리키는 z-핀치 기계로 알려지게 되었다.

테타핀치는 주로 미국에서 개발되었으며, 주로 실라라고 알려진 일련의 기계에서 로스 알라모스 국립 연구소(LANL)에서 개발되었다.1958년 실라 1세는 통제된 방식으로 중수소의 열핵 핵융합 반응을 분명하게 보여준 최초의 기계였다.1960년대 중 핵융합 연구의 주요 분야 중 하나가 되었다.제너럴 일렉트릭과 해군 연구실도 이 개념을 실험했고, 나중에는 많은 국제 연구소를 실험했다.실라 IV에 의해 일련의 기계들이 캡슐화되었는데, 실라 IV는 8천만 K에 달하는 고온을 보여 주었고, 이는 타는 혈장을 지탱하기에 충분한 온도 이상이었다.이 런 동안 실라 4세는 수십억의 핵융합 반응을 만들어냈다.

실라 기계는 또한 몇 마이크로초의 순서에 따라 매우 열악한 감금 시간을 보여주었다.이것은 선형관 끝부분의 손실 때문이라고 믿어졌다.스키락(Scyella-closed)은 천배의 감금을 개선할 수 있는 토로이드 버전을 테스트하기 위해 고안되었다.설계상의 실수로 인해 Scyllac은 원하는 성능 근처 어디에도 갈 수 없게 되었고, 미국 원자력 위원회는 토카막과 자기 거울에 초점을 맞추기 위해 1977년에 프로그램을 중단했다.

1970년대 이후 세타에 대한 관심 부족의 일부는 현장반복형 구성으로 알려진 설계의 변화, 즉 상당한 탐색을 거친 FRC 때문이다.이 버전에서는 유도된 자기장이 더 잘 구속되는 닫힌 형태를 취하도록 구슬려진다.차이점은 FRC가 별개의 개념으로 간주될 정도로 충분하다.마찬가지로, 세타핀치는 흔히 자화된 표적 핵융합 시스템에서 볼 수 있지만, 이것들도 원래의 개념과 크게 다르다.

퓨전 베이직스

핵융합은 핵, 양성자, 중성자가 서로 가까이 접근하여 핵력이 그들을 하나의 큰 핵으로 끌어당길 수 있을 때 일어난다.이 작용에 반대되는 것은 양자와 같은 전하로 전기적으로 충전된 입자들이 서로를 밀어내게 하는 정전력이다.융합하기 위해서는 입자들이 이 쿨롱 장벽을 극복할 만큼 충분히 빠르게 움직이고 있어야 한다.핵의 수에 따라 핵력이 증가하며 핵의 중성자 수가 극대화되면 쿨롱 장벽이 낮아져 여분의 중성자를 가진 수소나 헬륨과 같은 가벼운 원소의 동위원소에 대해 핵융합률이 극대화된다.^[1]

고전적인 전자석을 사용하면 쿨롱 장벽을 극복하는 데 필요한 에너지가 엄청날 것이다.물리학자들이 양자역학의 새로운 과학을 탐구하면서 계산은 1920년대에 상당히 바뀌었다.조지 가모우(George Gamow)의 양자 튜닝에 관한 1928년 논문은 핵반응이 고전 이론이 예측한 것보다 훨씬 낮은 에너지에서 일어날 수 있다는 것을 보여주었다.이 새로운 이론을 이용하여 1929년 프리츠 후터만과 로버트 앳킨슨은 태양의 중심부에서 기대되는 반응률이 태양이 핵융합에 의해 움직인다는 아서 에드딩턴의 1920년 제안을 지지한다는 것을 증명했다.^[1]1934년 마크 올리판트, 폴 하텍, 어니스트 러더포드는 입자 가속기를 이용해 중수소, 리튬 및 기타 원소가 함유된 금속 호일로 중수소핵을 쏘아올리는 등 지구상에서 가장 먼저 융합을 달성했다.^[2]이를 통해 다양한 핵융합 반응의 핵 단면을 측정할 수 있었고, 중수소-중수소 반응이 약 10만 전자볼트(100 keV)로 정점을 찍고 최저 에너지에서 발생했다고 판단했다.^[3]

이 에너지는 약 100억 켈빈(K)으로 가열되는 기체 내 입자의 평균 에너지에 해당한다.수천 K를 넘어 가열된 물질은 전자와 핵으로 분리되어 플라즈마라고 알려진 기체와 같은 물질의 상태를 생성한다.어떤 기체에서도 입자는 일반적으로 맥스웰-볼츠만 통계에 따라 광범위한 에너지를 가진다.그러한 혼합물에서는 적은 수의 입자가 부피보다 훨씬 높은 에너지를 가질 것이다.^[4]이것은 흥미로운 가능성으로 이어진다; 평균 온도가 100 keV보다 훨씬 낮을지라도, 가스 안에 있는 어떤 입자들은 무작위로 핵융합을 할 수 있는 충분한 에너지를 가질 것이다.그러한 반응은 엄청난 양의 에너지를 방출한다.만약 그 에너지가 플라즈마 속으로 다시 포획될 수 있다면, 그것은 또한 그 에너지로 다른 입자들을 가열하여 반응을 자급자족하게 만들 수 있다.1944년에 엔리코 페르미는 중수소 연료의 경우 약 5천만 K에서 이러한 현상이 발생할 것이라고 계산했다.^[5][6][a]

이러한 가능성을 이용하려면 연료 플라즈마가 이러한 무작위 반응이 발생할 수 있을 정도로 충분히 오랫동안 함께 유지되어야 한다.다른 뜨거운 가스처럼 플라즈마는 내부 압력이 있어 이상적인 가스 법칙에 따라 팽창하고자 한다.^[4]핵융합로의 경우, 문제는 플라즈마를 이 압력에 대해 억제하는 것이다; 알려진 물질은 이 온도에서 녹을 것이다.^[7]자유롭게 움직이는 전하 입자로 구성돼 있어 플라즈마는 전기적으로 전도성이 있다.이것은 전기장과 자기장의 영향을 받는다.자기장에서는 전자와 핵이 자기장 선 주위를 돈다.^[7][8][9]단순감금계통은 솔레노이드의 열린 코어 내부에 설치된 플라스마 충전관이다.플라즈마는 자연스럽게 튜브의 벽까지 바깥쪽으로 확장하기를 원하며, 튜브의 끝을 향해 움직이기도 한다.솔레노이드는 튜브의 중앙을 따라 흐르는 자기장을 생성하며, 입자들이 궤도를 그리며, 옆쪽을 향해 움직이는 것을 막는다.불행히도 이 배열은 관의 길이를 따라 플라즈마를 구속하지 않으며, 플라즈마는 끝부분을 자유롭게 흐르게 한다.순수하게 실험적인 기계라면, 손실이 반드시 큰 문제는 아니지만, 생산 시스템은 이러한 최종 손실을 제거해야 할 것이다.^[10]

핀치 효과

퓨전 프로그램 초기에는 이러한 문제를 다루는 세 가지 디자인이 빠르게 등장했다.그 별난 사람은 다소 복잡한 장치였지만 몇 가지 매력적인 자질을 지니고 있었다.마그네틱 미러와 핀치 효과 장치는 전자가 변형된 솔레노이드로 구성되고 후자는 형광등의 고출력 버전이다.특히 핀치는 감금 문제에 대한 극히 간단한 해결책처럼 보였고, 미국, 영국, 구소련의 연구소에서 활발하게 연구되고 있었다.^[11]

이러한 기계들이 더 높은 구속 수준에서 시험되기 시작하자, 중요한 문제가 금방 명백해졌다.전류를 인가하고 혈장이 기둥으로 쪼이기 시작하면 불안정하게 되어 이리저리 뒤틀려 결국 관의 옆구리에 부딪히게 된다.이것은 곧 기체의 밀도에 약간의 차이가 있기 때문이라는 것을 깨달았다; 방전을 적용했을 때, 밀도가 약간 더 높은 지역은 더 높은 전류를 가지고, 따라서 더 많은 자기압을 가질 것이다.이것은 그 지역을 더 빨리 꼬집어 밀도를 더 높이게 할 것이고, "꼬임"이라고 알려진 연쇄반응이 그것을 감금 구역에서 몰아냈다.^[11]

1950년대 초에는 이러한 모든 노력이 비밀이었다.이것은 1956년 소련의 원자폭탄 개발 책임자인 이고르 쿠르차토프가 영국 상대국들에게 강연을 제의하면서 끝이 났다.모든 사람들이 매우 놀랍게도 쿠르차토프는 소련 핵융합 프로그램의 개요를 설명했는데, 대부분이 선형 핀치들과 플라즈마의 안정성에 대해 이야기하고 있었다.영국인들은 미국이 비슷한 문제를 겪고 있다는 것을 이미 알고 있었고 그들만의 문제도 있었다.이제 핵융합으로 가는 빠른 길은 없어 보였고, 전 분야를 기밀 해제하려는 노력이 전개되었다.세 나라 모두 1958년 제네바에서 열린 제2차 원자핵평화회의에서 연구결과를 발표했다.^[12]

세타 핀치

핀치 기계에서 볼 수 있는 안정성 문제를 해결하기 위한 한 가지 접근법은 "빠른 핀치"의 개념이었다.이 접근법에서는 핀치를 발생시킨 전류를 단 한 번의 짧은 버스트로 가했다.폭발은 너무 짧아서 플라즈마 전체가 붕괴될 수 없었고, 대신 외부 층만 압축되었고, 너무 빠르게 충격파가 형성되었다.목표는 이 충격파를 이용해 플라즈마 기둥 전체를 붕괴시키려 했던 일반적인 꼬집힘 대신 플라즈마를 압축하는 것이었다.^[13]

거울과 항성기는 혈장을 크게 압축하지 않았고, 안정성에 문제가 있는 것 같지는 않았다.그러나 이러한 장치들은 실제적인 문제가 있었다.핀치 시스템에서는 플라즈마가 붕괴되어 열을 발생시켰는데, 이는 전류가 핵융합 반응을 시작하는 데 필요한 열은 물론 구속력을 모두 제공했다는 것을 의미한다.다른 기기와 함께, 일부 외부 가열원이 필요할 것이다.Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL)의 미국 미러 프로그램 리더인 Richard Post는 플라즈마를 압축하기 위해 외부 자석을 사용하는 일련의 거울을 생산했다.^[14]

해군 연구실(NRL)에서 앨런 콜브는 거울 압축 개념을 보고 이를 빠른 핀치 접근 방식의 충격 압축과 결합하는 아이디어를 내놓아 양쪽의 장점을 모두 얻었다.그의 첫 번째 컨셉은 양쪽 끝에 금속 고리가 달린 거울로 구성되었다.일단 거울에 플라즈마가 형성되면, 두 개의 고리에 하나의 거대한 전류 폭발이 보내졌다.관의 양쪽 끝에 급속하게 꼬집어 안쪽으로 움직여 거울 가운데에서 만날 충격파를 일으키자는 생각이었다.^[13]

그들이 이 설계를 고려할 때, 완전히 새로운 접근법이 제시되었다.이 버전에서는 관을 한 번 감싼 하나의 넓은 구리를 통해 핀치가 유도되었다.전원이 공급되면 전류가 관 바깥쪽을 중심으로 흘러 직각으로 자기장이 생성되어 관의 긴 축을 따라 흘러내렸다.이 장은 차례로 플라즈마 바깥, 즉 "경계구역"^[15]을 중심으로 흐르는 전류를 유도했다.

렌즈의 법칙에 따르면, 이 전류는 자기장을 만든 방향과 반대방향의 자기장을 생성하는 방향일 것이다.이것은 원래 장을 혈장 밖으로, 구리 시트에 있는 것을 향해 밀어내는 효과를 가지고 있었다.플라즈마를 꼬집는 내적 추진력을 만들어 낸 것은 플라즈마와 용기벽 사이의 영역에서 이 두 분야 사이의 상호작용이었다.혈장의 부피에는 전류가 없기 때문에 다른 핀치 장치에서는 불안정성이 나타나지 않을 것이다.^[13]

새로운 설계가 에너지 연구소에 알려졌을 때, 제임스 L. 로스 알라모스의 턱은 그것을 원래의 핀치 방식과 구별하기 위해 그것을 세타 인치로^[16] 명명했다.원래 핀치 디자인은 소급해서 z-핀치로 알려지게 되었다.^[13]다른 사람들은 또한 이 설계에 관심이 있다는 것을 증명했다; 제너럴 일렉트릭(GE)에서는 이 개념을 전력 생산 원자로의 기초로 고려하기 위해 소규모 팀을 구성했다.^[17]

퓨전 성공

영국 제타는 1957년 8월에 온라인에 접속했고, 다음 달 말까지 그 팀은 수백만 개의 중성자 폭발을 지속적으로 측정하고 있었다.쿠르차토프의 1년 전 방문은 시스템의 중성자가 핵융합 결과라는 결론을 너무 성급하게 내리지 않도록 경고했으며, 이를 생산할 수 있는 다른 반응도 있었다고 한다.제타 팀은 이것을 충분히 신중하게 고려하지 않았고, 그들이 핵융합 반응을 만들어냈다고 확신하게 되었다.그들은 1958년 1월 25일 이것을 언론에 발표했고, 바로 세계적인 뉴스 기사였다.^[18]그러나 4월의 추가 연구에서는 중성자가 핵융합에서 나온 것이 아니라 시험 장비에서 볼 수 없는 플라즈마 내의 불안정성이었음이 명백하게 드러났다.^[19]

NRL에서 Kolb는 단일 링 개념을 테스트하기 위해 그의 파로스 기계의 새로운 버전을 만들기 시작했다.^[b]동시에 로스 알라모스 터크는 원래의 콜브 거울과 비슷한 두 개의 고리를 가진 시스템을 만들기 시작했다.^[20]신화적인 이름을 좋아했던 터크는 그 디자인을 실라라고 불렀다.^[16]실라 1세는 1958년 초에 수술을 시작했으며 곧 펄스당 수만 개의 중성자를 방출하고 있었다.키스 보이어가 파로스처럼 단회전 코일을 사용하기 위해 수정을 시작한 것은 이때였다.새로운 버전이 시작되자, 그것은 수천만 개의 중성자를 발산하기 시작했다.^[15]

ZETA 주장을 둘러싼 사건들은 실라 팀이 중성자가 핵융합에서 나왔다는 것을 절대적으로 확신하도록 강요했고, 그 팀은 1958년 여름을 이 끝까지 모든 종류의 독립적인 측정을 하면서 보냈다.이때쯤에는 콜브의 파로스도 중성자를 생산하고 있었다.제네바에서 열리는 회담에 맞춰 어떻게든 결정적인 성과를 거두는 것이 목표였다.^[15]불행하게도, 시간이 충분하지 않았다; 실라 1세는 9월에 쇼에 보내졌고 그것이 한 발당 약 2천만 개의 중성자를 발생시키고 있다고 언급했지만,^[21] 그들의 기원에 대해서는 어떠한 주장도 하지 않았다.^[22]

쇼가 끝난 직후에 최종 증거가 제공되었다.시스템에 대한 다양한 실험은 이온이 약 1,500만 켈빈에서 열화한다는 것을 증명했다. 이온들은 ZETA보다 훨씬 더 뜨겁고 핵융합 반응에서 나온 중성자를 설명할 수 있을 만큼 충분히 뜨겁다.이것은 연구실에서 중수소의 열핵 핵융합 반응이 가능하다는 최초의 분명한 증거였다.^[23][24]

이후 장치

핵융합 프로그램의 비용 증가를 우려한 폴 맥대니얼 미국원자력위원회(AEC) 연구부장은 1963년 회계연도 예산으로 연구소에서 개발 중인 다수의 설계안 중 하나를 취소해야 한다고 결정했다.터크는 모든 연구자들이 물리학을 증명하기 위해 작은 시스템에만 집중해야 한다고 주장해왔으며, 기초가 증명되지 않는 한 스케일업에는 아무런 의미가 없었다.따라서 로스 알라모스는 작은 기계들이 다수 존재하여 단 하나의 make-or-break 개념이 없었다.맥대니얼은 로스앨러모스의 프로그램을 취소한 것에 대해 최소한의 정치적 여파를 겪게 될 것이다.이것은 터커에게 중요한 교훈을 가르쳐주었다; 취소를 피하는 방법은 실패하기에는 너무 큰 것이었다.1964년 의회 증언에서 그는 "우리는 거대한 기계를 만들거나 대규모 직원을 고용하려는 유혹에 저항했다"고 말했다.이것은 매우 도덕적으로 들리지만 나는 이것이 자살행위라는 것을 깨닫지 못했다.^[25]턱, 리차드 태섹, 로스 알라모스의 감독 노리스 브래드베리는 모두 실험실에 중요한 기계가 필요하다고 확신했다.^[25]

한편, 실라 1세의 성공은 1960년대 초반부터 탐구되기 시작한 여러 가지 잠재적 발전 경로로 이어졌다.단기적으로, 일련의 사소한 개선으로 실라 II가 생성되었는데, 이는 원래와 비슷했지만 나중에 커패시터 전력 35 kJ에서 185 kJ로 업그레이드되었다.1959년에 온라인에 접속되었지만, 훨씬 더 큰 실라 3세가 1960년 말에 건설되어 운용되기 시작하는 동안 잠깐 동안만 사용되었다.초기 작전은 성공적이었고 1963년 1월에 작업을 시작한 훨씬 더 큰 실라 4세로 빠르게 이어졌다.실라 4세는 8,000만 켈빈과 2 x 10¹⁶ 입자^[26] 밀도 - 실제 원자로 영역까지 도달하는 우수한 결과를 만들어 냈으며, 맥박당 수십억 개의 반응을 일으키고 있었다.^[23]불행히도 이 시스템은 또한 실제 원자로 설계에 비해 너무 짧은 2마이크로초의 매우 낮은 구속 시간을 보여주었다.^[26]

1960년대를 거치면서, 세타핀치는 퓨전 분야의 선도적인 프로그램 중 하나로 부상했다.알더마스톤과 최근 개장한 영국의 컬럼, 독일의 캠퍼스 가칭과 포르스충젠트럼 뮐리히, 이탈리아의 프라스카티 국립 연구소, 일본의 나고야 대학, 오사카 대학, 니혼 대학에 새로운 팀이 설치되었다.^[27][28]이 실험들은 이 시스템이 새로운 형태의 불안정성의 영향을 받았음을 증명했다. m=2 불안정성은 원래 실린더에서 바벨과 같은 모양으로 혈장이 얇아지게 한다.이로 인해 이러한 불안정을 초래한 플라즈마의 회전을 방지하기 위해 서로 다른 레이아웃으로 수많은 실험을 하게 되었다.^[24]

이 무렵 일렉트릭 장군은 고개를 숙이고 물러났다.단기적으로 성능의 돌파구가 보이지 않았기 때문에, 그들의 연구를 진행하기 위해서는 내부 자금만으로 건설할 의사가 없는 더 큰 기계가 필요할 것이다."예측 가능한 미래에 경제적으로 성공적인 핵융합 발전소가 개발될 가능성은 작다"는 결론을 내린 레슬리 쿡의 지시로 그 분야에 대한 검토가 발표되었다.GE는 자금 지원을 위해 AEC로 눈을 돌렸지만, 실라 4에 비해 그들의 프로그램이 전혀 새로운 것을 제공하지 않는 것처럼 보이자, 그들은 거절당했다.거절당했어GE는 그 후 그들의 프로그램을 끝냈다.^[29]

토리오달 세타

연구원들은 짧은 구속 시간이 원자로의 개방된 끝에서 발생하는 입자 손실 때문이라고 확신했다.1965년 현재 턱을 대체한 실라팀의 리더 프레드 리브는 실라 레이아웃에 근거한 실제 원자로를 검토하기 시작했다.그들은 번식용 담요를 일종의 자기 전도체로 사용함으로써 시스템이 개선될 수 있다는 것을 발견했는데, 이것은 외부 전류 전달을 금속 담요를 통해 이동하면서 확대되기 때문에 훨씬 덜 강렬하게 할 수 있었다.주어진 최종 손실률로 설계를 진행하려면 극도로 길어야 할 것이다 – 로슨 기준을 충족하기 위해 필요한 3밀리초의 구속에 도달하려면 500m(1,600ft)가 되어야 한다는 계산이 나왔다.^[30]이것은 결국 불가능할 정도로 큰 전력 공급을 요구할 것이다.^[31]

엔드 플로우의 문제는 가장 간단하게 실험 튜브를 구부려 토러스(도넛 또는 고리) 형태를 형성함으로써 해결된다.이 경우 기기의 긴 축을 따라 흐르는 입자는 더 이상 아무 것도 부딪치지 않고 영원히 순환할 수 있다.그러나, 이러한 구성이 안정적이지 않다는 것은 융합 노력의 초기부터 증명되었다.그러한 용기에 자기장을 가했을 때, 순전히 기하학상 때문에, 곡선의 안쪽의 장은 바깥쪽보다.이것은 플라즈마 내에서 불균일한 힘으로 이어져 이온과 전자가 중심에서 멀어지게 만든다.^[32][30]이 문제에 대한 많은 해결책들이 소개되었는데, 특히 원래의 핀치 기계들이 그렇다.이들에서는, 핀치 전류의 내부 힘이 표류력보다 극적으로 강력했기 때문에 문제가 되지 않았다.또 다른 해결책은 항성기였는데, 항성기는 입자들을 순환시켜 입자의 균형을 맞추기 위해 튜브 안과 밖에서 시간을 보냈다.^[33]

1958년 가칭의 마이어와 슈미트는 또 다른 해결책을 제안했다.그들은 토로이드의 안정성에 대한 주요 요구사항은 곡선의 내부와 외부의 총 경로 길이가 같다는 점에 주목하였다.항성기는 입자를 순환시키고 회전 변환을 추가함으로써 이것을 제공했다.마이어와 슈미트는 자석을 개조하여 토러스 주위를 한 바퀴 돌면서 더 이상 균일하지 않은 밭을 만들자고 제안했지만, 대신 밭은 질식하고 나서 넓어져 소시지의 고리와는 다른 밭을 만들자고 제안했다.밭은 안쪽 곡선에서 더 안으로 굽혀 길어져서 안쪽과 바깥쪽의 전체 경로 길이가 같았다.^[31]

이 지역에 밀어넣기 시작한 세타핀치 기계는 종말 손실은 이제 더 이상 연구할 수 없는 한계였기 때문에, 이 개념은 세타핀치를 별자리와는 여전히 충분히 다른 토로이드 레이아웃으로 옮겨 흥미롭게 하는 방법을 제공하는 것으로 보였다.마이어와 슈미트 골판지에 필요한 보다 복잡한 자석 배치와 비교했을 때 항성기 개념의 단순성을 고려할 때 이 솔루션은 그다지 깊이 고려되지 않았다.^[34]추가 연구를 통해 추가적인 불안정을 밝혀냈지만, 이들로부터 예측된 불안정은 느렸으며 동적 안정화를 사용하여 해결할 수 있었다.^[31]

로스 알라모스 팀은 지속적인 자금 지원을 보장하기 위해 대형 기계를 원하는 가운데, 더 큰 실험 시스템으로서뿐만 아니라 전력 생산 시스템의 잠재적 시연으로서 다음 장치로서 대형 토로이드 세타를 제안하였다.^[25]1965년까지 LANL은 실라 V라는 이름으로 그러한 기계를 제안하고 있었다.^[35]

하이베타 항성기

아마사 스톤 비숍은 최근 아서 루아크로부터 AEC의 퓨전 경영을 인수하여 NRL과 GE 세타 팀의 멤버를 포함한 실라 V 제안을 검토하기 위한 위원회를 구성했다.그들은 에너지 손실이 최종 손실에 기인한다는 납득할 만한 증거가 없다고 결론내렸고, 동적 안정화의 효과와 그것이 요구하는 분야가 단순히 새로운 불안정을 유발하지 않을 가능성에 대한 우려를 제기했다.패널은 도입되는 개념을 테스트하기 위해 길이 15m(49ft)의 선형 기계를 한 대 더 만들 것을 강력히 제안했다.^[36]그럼에도 불구하고 다른 프로젝트가 없는 상태에서 이 시스템은 승인되었지만, 시제품 전력 원자로가 아닌 고베타 체제 연구를 목표로 한다는 단서에 따라 승인되었다.이는 프로그램 전반의 목표를 워싱턴으로 옮기는 시작이었다.^[37]

패널 중 한 명인 해롤드 그래드는 플라즈마 물리학과 안정성에 관한 전문가로 잘 알려져 있었다.뉴욕으로 돌아오면서 그는 세타핀치 개념에 대해 발표된 모든 자료를 읽기 시작했고, 동적 안정화 시스템이 효과가 없을 것이며 설사 효과가 있다 하더라도 극도로 복잡할 것이라고 결론지었다.그 자리에서 그는 최근의 항성기에 첨가되는 것과 같은 나선 자석을 사용하자고 제안했는데, 이는 자연적으로 안정되어 보였기 때문이다.그는 그 결과 시스템을 "고베타 항성기"라고 언급했고, 베타는 핀치 장치에서 훨씬 더 높은 플라즈마의 자기 강도를 측정하는 척도였다.^[34]

로스 알라모스는 그라드의 연구에 매우 관심이 있다는 것을 증명했고, 1968년 8월에 노보시비르스크에서 열릴 다음 3년마다 열리는 핵융합 연구 회의에서 그것을 발표하기 위해 그가 그것을 완전히 개발할 것을 제안했다.팀이 작업을 계속하면서 몇 가지 새롭고 불안한 불안감이 드러났고, 헬리컬 자석은 결국 원래의 마이어-슈미트 개념보다 더 안정적이지 않다는 것이 분명해졌다.그러나 이번에는 특성 시간 내에 반응해야 하는 동적 댐핑 세트를 추가해야 했다.^[38] T.^[36]

세타 대 토카막

소련 대표단이 이전의 모든 기기보다 현저한 향상을 보이고 있는 토카막 기기에 대한 새로운 결과를 발표한 것은 노보시비르스크 회의에서였다.처음에 그 결과는 적절한 계측의 결여로 치부되었고, 그 결과가 믿을만 하느냐는 격렬한 논쟁이 벌어졌다.^[39]

소련은 자신들의 디자인이 제대로 작동하는지 입증하기 위해 설득력 있는 해결책을 내놓았다.1960년대에 영국은 레이저 시스템을 사용하여 플라즈마 내 입자의 온도를 직접 측정하는 기술을 개발했다.레프 아르티모비치는 쿠르차토프 연구소에 장비를 가져와 독자적으로 성능을 측정하도록 팀을 초대했다.이 시스템은 수개월의 설정과 교정을 필요로 했지만 1969년 초여름까지 토카맥이 실제로 설명대로 작동하고 있는 것이 분명했다.^[40]

이로 인해 미국은 핵융합 경쟁에서 뒤처지는 불편한 입장에 처하게 되었다.처음에 연구소는 토카막 제작을 고려하는 것을 거부했고, 토카막 제작이 열등한 이유에 대한 세탁 목록을 제시했다.1969년 5월, AEC 핵융합 본부장인 태섹은 비숍에게 미국이 합리적인 성능을 보여줄 수 있는 최고의 기회를 가진 그들만의 기기로 대응해야 한다는 자신의 느낌과 "그들이 스키락과 2X라는 것은 피할 수 없는 일이다!미국 내 어떤 문제보다 낫다."^[36][c] 여전히 스키락 프로그램이 너무 많은 문제를 한꺼번에 해결하려 한다는 점을 우려한 AEC는 선형 장치를 먼저 만들자는 제안을 되풀이했다.^[36]

1969년 10월 말까지 토카막 결과가 다음 달 공개될 예정으로 미국은 자체 토카막 프로그램을 시작했다.이로써 스키락은 안정성 측면에서 목표를 증명해야 할 뿐만 아니라 이미 우수한 성능을 보여 준 이들 기계와 경쟁해야 하는 처지에 놓이게 되었다.이는 선형 버전이 토카막과 경쟁한 값으로 결과를 빠르게 반환할 수 있는 가능성을 제시하였다.타체크가 1970년 중반에 "선형적인 세타 핀치(theta fitting)에 대해 언급하는 데 있어 진정한 전술적, 충격적 가치가 있을 수 있다"고 말했다.짧은 기간 동안 일어나지 않았던 것 같은 n derby 더비에 큰 기여를 할 것이다.^[36]

음절

리브는 15m의 선형 버전을 먼저 만드는 지혜에 대한 합의로 보였지만 가능한 한 빨리 트립닥을 만드는 것이 낫다고 판단했다.이를 위해 1969년 2월 그는 기계 전체를 만드는 방법을 배우는 데 사용되는 120도 영역과 동시에 10m(33ft)의 더 짧은 선형 장치를 만드는 계획을 설명했다.1970년까지 그는 구속 시간을 개선하기 위해 선형 장치를 양쪽 끝에 2m(6ft 7in)의 거울이 있는 5m(16ft)로 줄이려는 계획을 추가로 수정했다.^[36]

1972년 로버트 L. 허쉬는 비숍으로부터 AEC의 퓨전 프로그램을 넘겨받았다.최근 토카막 성능의 진보가 생산 설계의 가능성을 지적하면서, 허쉬는 성과와 경제성을 모두 바탕으로 프로그램을 재평가하기 시작했다.토카막은 성능이 뛰어난 반면 로렌스 리버모어에서 개발되고 있는 거울은 제작과 운용 비용이 훨씬 적게 들 것이고, 이 두 장치는 그의 계획의 초점이 되었다.로스 알라모스는 설계도를 유지하기 위해 토로이드 부분을 신속하게 진행하여 그들의 접근 방식도 고려할 가치가 있다는 것을 입증하기로 결정했다.^[41]

1971년 4월 제1부문에 대한 실험이 시작되어 총체적 안정성이 그곳에 있다는 것을 증명하여 연구소에서 큰 축하를 하게 되었다.다음 단계는 피드백 안정성 시스템을 추가하는 것이었습니다.이때까지 MIT의 켄 토마센은 현재의 설계 반경에서는 피드백이 작동하지 않는다는 것을 보여주는 추가 계산을 했다.1972년 말, 리비는 스키락 지름을 4.8m(16ft)에서 8m(26ft)로 확대하여 곡률을 줄이고 그에 따라 필요한 피드백 수준을 줄임으로써 이 문제를 해결하기로 결정했다.이것은 임계 파라미터 T를 0.9마이크로초로 줄였다 – 1 미만이면 효과가 있을 것이다.^[42]

이 무렵 피드백 프로그램을 주로 담당했던 로빈 그리블은 로스 알라모스의 다른 프로젝트에 배정되었다.프로그램이 발전하면서 레이아웃의 두 가지 변화가 T 매개변수를 증가시켰다.프로그램의 피드백 측면에 대해 직접적인 책임을 지는 사람이 없는 상황에서, 이것은 눈에 띄지 않게 되었다.실라 4와 원래의 부분에 대한 실험은 팀 전체가 새롭게 확대된 설계에 초점을 맞추면서 끝났기 때문에 추가적인 문제점은 발견되지 않았다.^[42]

드립닥은 1974년 4월에 헌정되었다.10월까지 피드백 시스템이 작동하지 않는 것이 분명했다.그들이 T의 값을 다시 계산해보니 1.5로 나온 것은 바로 이 시점이었다.설상가상으로, 기초 이론에 대한 추가 연구는 1의 값이 충분하지 않다는 것을 암시했고 0.5에 가까운 값이 요구되었다.마지막 타격은 1971년 원래의 부분에서 본 총 안정성이 환상적이라는 것이 증명되었다; 더 큰 기계에서는 혈장이 천천히 표류하는 것으로 보였다.안정 시스템은 더 빠른 불안정을 바로잡기는커녕 겨우 이를 막을 수 있었다.^[42]

선형정지

Scyllac의 실패는 프린스턴을 중심으로 한 자체적인 토카막 프로그램과 리버모어의 미러 프로그램만 가지고 미국을 떠났다.로스 알라모스는 시스템을 살리기 위해 한 가지 더 해결책을 시도했는데, 실라 4를 경금속을 이용해 끝에 물리적인 스토퍼로 재조립했다.이 실라 IV-P는 구속 시간을 9마이크로초에서 29마이크로초로 3배 향상시켰다.그러나 이것은 생산용 원자로에 필요한 밀리초 범위 안에 들어갈 수 있을 만큼 충분하지 않았다.20년간의 노력 끝에, 세타 프로그램의 가장 좋은 결과는 원래의 실라 시리즈에 대한 결과에 대한 미미한 개선일 뿐이었다.^[24]

FRC스

1960년대 동안, 몇몇 팀들은 그들의 세타 실험이 때때로 더 나은 감금 시간을 보여줄 것이라는 것을 알아챘다.이는 외부 펄스가 다시 0으로 이완되면서 자기장이 재구성되고 있을 때 일어났다.비록 이 행동 때문에 들판이 접히면서 이온 온도가 올라가게 되는 이점이 있었지만, 당시 이러한 행동은 일반적으로 바람직하지 않은 것으로 간주되었다. 그리고 핵융합이 일어날 정도로 온도를 높인 것이 바로 이 행동이었다.^[43]

1972년 존 브라이언 테일러는 제타에서 보았지만 당시에는 인정받지 못했던 자기장 보존과 플럭스 역전을 주제로 한 논문을 연재했다.이것은 1970년대와 80년대를 거치면서 발전을 본 역전현장의 핀치 개념으로 이어졌다.동일한 기본 메커니즘이 세타 장치에서 보이는 필드 반전을 야기하고 있었지만, 궁극적인 결과는 다른 레이아웃이었다.^[43]

1970년대 초 쿠르차토프 연구소는 장시간에 걸쳐 핀치파워를 줄이고 필드 반전을 돕기 위해 선형관 끝에 자석을 추가함으로써 안정적인 감금을 입증했다.이러한 현장반복형 구성(FRC) 플라스마스에 대한 그들의 연구가 발표되면서 미국과 일본에서 새로운 노력을 기울이면서 이 주제에 상당한 관심을 갖게 되었다.이러한 것들이 기술적으로 배열로 인한 세타 핀치(teta pinches)이지만, 개념은 뚜렷하고 핵융합 전력에 대한 별도의 접근방식으로 간주된다.^[43]

메모들

참조

인용구

참고 문헌 목록

• Asimov, Isaac (1972). Worlds Within Worlds: The Story of Nuclear Energy, Volume 3; Nuclear Fission, Nuclear Fusion, Beyond Fusion. US Atomic Energy Commission. OSTI 1159657.
• Bishop, Amasa (1958). Project Sherwood: The U.S. Program in Controlled Fusion. Addison-Wesley.
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• Thomson, George (January 30, 1958). "Thermonuclear Fusion: The Task and the Triumph". New Scientist. pp. 11–13.

추가 읽기

• McKenna, K.F.; Siemon, R.E. (1985). "Theta-pinch research at Los Alamos". Nuclear Fusion. IOP Publishing. 25 (9): 1267–1270. doi:10.1088/0029-5515/25/9/045.