ZETA(융접로)

'제로 에너지 열핵 조립체'의 줄임말인 제타는 핵융합 발전 연구 초기 역사에서 중요한 실험이었다.핀치 플라즈마 구속 기법을 바탕으로 영국 원자력 연구소에 구축된 ZETA는 당시 세계 어느 핵융합 기계보다 크고 강력했다.순 에너지를 생산할 만큼 크지는 않지만, 다량의 핵융합 반응을 만들어내는 것이 목표였다.

ZETA는 1957년 8월에 가동에 들어갔고 월말에 이르러 펄스당 약 100만 개의 중성자 버스트를 방출하고 있었다.측정 결과, 핵융합 반응을 일으킬 수 있는 온도인 1백만 켈빈에서 5백만 켈빈 사이에 연료가 도달하고 있다는 것을 알 수 있었으며, 이는 중성자의 양을 설명하는 것이었다.초기 결과는 1957년 9월에 언론에 유출되었고, 이듬해 1월에 광범위한 검토가 발표되었다.전 세계 신문의 1면 기사에 따르면, 영국에게는 최근 발사된 스푸트니크보다 더 큰 과학적인 진보인 무제한 에너지를 향한 돌파구가 될 것이라고 한다.

미국과 소련의 실험은 또한 핵융합에 충분하지 않은 온도에서 유사한 중성자 폭발을 발생시켰다.이로 인해 리만 스피처는 결과에 대한 회의론을 표명하게 되었으나, 그의 발언은 영국 관측통들에 의해 진고주의로 일축되었다.ZETA에 대한 추가 실험은 원래의 온도 측정이 오해의 소지가 있다는 것을 보여주었다; 대량 온도가 핵융합 반응으로 보이는 중성자의 수를 만들기에는 너무 낮았다.제타가 핵융합을 생산했다는 주장은 공개적으로 철회돼야 했는데, 핵융합을 설립하는 전체에 찬물을 끼얹는 민망한 사건이었다.중성자는 나중에 연료의 불안정성의 산물로 설명되었다.이러한 불안정성은 어떤 유사한 설계에 내재된 것으로 보이며, 1961년에 끝난 핵융합 발전로의 길로서 기본적인 핀치 개념에 대한 작업을 한다.

제타가 핵융합에 실패했음에도 불구하고, 이 장치는 오랜 실험 수명을 가지고 있었고 그 분야에서 수많은 중요한 발전을 이루었다.한 개발 라인에서는 온도를 보다 정확하게 측정하기 위한 레이저를 ZETA에서 시험했고, 이후 소련 토카막 접근의 결과를 확인하는 데 사용되었다.또 다른 사례에서는 ZETA 시험 실행을 검사하는 동안 전원이 꺼진 후 혈장이 자가 안정화된 것을 발견했다.이것은 현대적인 역전 필드 핀치 개념으로 이어졌다.보다 일반적으로, ZETA의 불안정성에 대한 연구는 현대 플라즈마 이론의 기초를 이루는 몇 가지 중요한 이론적 진보로 이어졌다.

개념개발

핵융합에 대한 기본적인 이해는 물리학자들이 양자역학의 새로운 과학을 탐구하면서 1920년대에 개발되었다.조지 가모우의 1928년 양자 튜닝에 대한 탐구는 핵반응이 고전 이론이 예측한 것보다 더 낮은 에너지에서 일어날 수 있다는 것을 보여주었다.이 이론을 이용하여 1929년 프리츠 후터만과 로버트 앳킨슨은 태양의 중심부에서 기대되는 반응률이 태양이 핵융합에 의해 움직인다는 아서 에드딩턴의 1920년 제안을 뒷받침한다는 것을 증명했다.^[1][2]

1934년 마크 올리판트, 폴 하텍, 어니스트 러더포드는 입자 가속기를 이용해 중수소, 리튬 또는 기타 원소가 함유된 금속 호일로 중수소핵을 쏘아올리는 등 지구상에서 가장 먼저 융합을 달성했다.^[3]이를 통해 다양한 핵융합 반응의 핵 단면을 측정할 수 있게 되었고, 중수소-중수소 반응이 다른 반응보다 낮은 에너지로 발생하여 약 10만 전자볼트(100 keV)로 정점을 찍었다.^[4]

이 에너지는 수천 만 켈빈으로 가열되는 기체 내 입자의 평균 에너지에 해당한다.수만 켈빈을 넘어 가열된 물질은 전자와 핵으로 분리되어 플라즈마라고 알려진 기체 같은 물질 상태를 생성한다.어떤 기체에서도 입자는 일반적으로 맥스웰-볼츠만 통계에 따라 광범위한 에너지를 가진다.그러한 혼합물에서는 적은 수의 입자가 부피보다 훨씬 높은 에너지를 가질 것이다.^[5]

이것은 흥미로운 가능성으로 이어진다; 심지어 10만 eV보다 훨씬 낮은 온도에서도, 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 이것이 약 5천만 K에서 일어날 것이라고 계산했다.^[6][7]

감금

이러한 가능성을 이용하려면 연료 플라즈마가 이러한 무작위 반응이 발생할 수 있을 정도로 충분히 오랫동안 함께 유지되어야 한다.다른 뜨거운 기체와 마찬가지로 플라즈마도 내압이 있어 이상적인 기체 법칙에 따라 팽창하는 경향이 있다.^[5]핵융합로의 경우, 문제는 플라즈마를 이 압력에 대해 억제하는 것이다; 알려진 물리적 용기는 이 온도에서 녹을 것이다.^[8]

플라즈마는 전기 전도성이 있으며, 전기장과 자기장의 영향을 받는다.자기장에서는 전자와 핵이 자기장 선 주위를 돈다.^[8][9][10]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.^[11]

이 문제에 대한 분명한 해결책은 튜브를 토러스(반지나 도넛 모양)로 구부리는 것이다.^[12]측면을 향한 움직임은 이전과 같이 제약된 상태로 남아 있고, 입자들은 선을 따라 자유롭게 움직일 수 있는 반면, 이 경우, 그것들은 단순히 튜브의 긴 축을 중심으로 순환할 것이다.그러나 페르미가 지적한 바와 같이 솔레노이드가 고리 모양으로 휘어지면 전기 권선은 바깥쪽보다 안쪽에 더 가깝게 붙어 있게 된다.^[a]이것은 튜브를 가로질러 균일하지 않은 전원으로 이어질 것이고, 연료는 천천히 중심에서 떠내려갈 것이다.어떤 추가적인 힘은 장기간의 구속을 제공하면서 이 표류에 대항할 필요가 있다.^[14][15][16]

핀치 개념

1934년 윌러드 해리슨 베넷에 의해 감금 문제에 대한 잠재적인 해결책이 상세하게 설명되었다.^[17][18]어떤 전류가든 자기장을 생성하며, 로렌츠 힘 때문에 이것은 내부 방향의 힘을 발생시킨다.이것은 피뢰침에서 처음 눈에 띄었다.^[19]베넷은 같은 효과로 인해 혈장이 얇은 기둥으로 "자체 집중"되는 전류가 발생한다는 것을 보여주었다.1937년 Lewi Tonks의 두 번째 논문은 "핀치 효과"^[20][21]라는 이름을 소개하면서 이 문제를 다시 고려했다.이어 톤스와 윌리엄 앨리스의 논문이 이어졌다.^[22]

혈장에 핀치 전류를 가하는 것은 팽창에 대항하고 혈장을 구속하는 데 사용될 수 있다.^[15][23]이를 위한 간단한 방법은 플라즈마를 선형 튜브에 넣고 형광등처럼 양쪽 끝에 있는 전극을 이용해 전류를 통과시키는 것이다.이 배열은 여전히 관의 길이를 따라 구속되지 않기 때문에 혈장은 전극으로 흘러들어 빠르게 침식된다.이것은 순수하게 실험적인 기계로는 문제가 되지 않으며, 그 비율을 줄이는 방법도 있다.^[24]또 다른 해결책은 튜브 옆에 자석을 두는 것이다. 자기장이 바뀌면 그 변동으로 인해 플라스마에서 전류가 유도된다.이 배열의 주요한 장점은 관내에 물리적인 물체가 없기 때문에 토루스로 형성될 수 있고 플라즈마가 자유롭게 순환할 수 있다는 것이다.^[8][25]

핵융합로의 경로로서의 토로이드 핀치 개념은 특히 임페리얼 칼리지 런던의 조지 파게트 톰슨이 1940년대 중반 영국에서 탐구했다.^[26]1945년 옥스퍼드셔주 하웰에 원자력연구소가 설립되면서 톰슨은 존 콕크로프트 이사에게 실험기계를 개발할 자금을 달라고 거듭 탄원했다.이 요청들은 거절당했다.당시에는 명백한 군사용도가 없었기 때문에 개념은 분류되지 않은 채 방치되어 있었다.이로 인해 톰슨과 모세 블랙먼은 1946년에 이온화하기에 충분한 핀치 전류를 사용하고 혈장을 잠시 구속하는 동시에 지속적으로 전류를 구동하는 마이크로파 선원에 의해 가열되는 장치를 설명하면서 이 아이디어에 대한 특허를 출원할 수 있었다.^[27][28]

실제적인 장치로서, 반응 조건이 상당한 양의 연료를 연소할 수 있을 만큼 충분히 오래 지속된다는 추가 요건이 있다.원래 톰슨과 블랙맨 설계에서는 전자를 구동시켜 전류를 유지하고 1분 정도 지속되는 핀치를 만들어 플라즈마가 5억 K에 이를 수 있도록 하는 것이 마이크로파 주입의 일이었다.^[29]플라즈마의 전류도 그것을 가열했다. 만약 전류를 열원으로 사용한다면, 난방에 대한 유일한 한계는 맥박의 힘이었다.이것은 새로운 원자로 설계로 이어졌는데, 이 설계는 짧지만 매우 강력한 펄스로 작동했다.^[12]그러한 기계는 매우 큰 전력 공급을 필요로 할 것이다.^[26]

퍼스트 머신

1947년, 콕크로프트는 하웰의 이론물리학 부장 클라우스 푸흐스를 포함한 톰슨의 최신 개념을 연구하기 위해 여러 하웰 물리학자들의 모임을 주선했다.톰슨의 개념은 특히 푸흐스에게 좋지 않은 평가를 받았다.^[30]이 프레젠테이션도 자금 조달에 실패하자 톰슨은 임페리얼, 스탠 커즌스, 앨런 웨어의 대학원생 두 명에게 자신의 컨셉을 전수했다.그는 맥스 스텐벡에 의해 독일에서 고안된 "위르벨로르"("휘슬관")로 알려진 토로이드 입자 가속기의 한 종류에 대한 보고서를 추가했다.위르벨로르는 토러스 모양의 진공관을 2차 코일로 한 변압기로 구성됐으며, 토로이드 핀치 장치와 유사하다.^[26]

그해 말 웨어는 낡은 레이더 장비로 소형 기계를 만들어 강력한 전류를 유도할 수 있었다.그들이 그렇게 했을 때, 플라즈마는 섬광을 발했지만, 그는 플라즈마의 온도를 측정할 방법을 고안해 낼 수 없었다.^[26]톰슨은 최근 알더마스턴에 건설된 AP 전기산업(AEI) 연구소의 전용 실험 기지 설립을 주장하기 위해 상당한 정치적 통화를 사용하여 정부에 전면적인 장치 건설을 허용하도록 계속 압력을 가했다.^[31]

웨어는 옥스퍼드 대학의 클라렌던 연구소의 짐 터크를 포함하여 관심 있는 모든 사람들과 그 실험을 의논했다.전쟁 중 로스 알라모스에서 일하는 동안, 터크와 스타니슬라브 울람은 형상의 충전 폭발물을 사용하여 성공하지 못한 핵융합 시스템을 구축했지만, 소용이 없었다.^[32]터크는 퓨전 이론을 연구해 온 호주인 피터 토네만과 함께 참여했고, 두 사람은 클라렌던을 통해 임페리얼에 있는 것과 같은 작은 장치를 만들기 위한 자금을 마련했다.그러나 이 일이 시작되기 전에 터크는 미국에서 일자리를 제의받았고, 결국 로스 알라모스로 돌아왔다.^[33]

Thonemann은 계속해서 아이디어를 연구했고 자기장에서 플라스마의 기본물리학을 탐구하기 위한 엄격한 프로그램을 시작했다.그는 선형 튜브와 수은 가스를 시작으로, 전류가 용기의 벽에 닿을 때까지 플라즈마를 통해 바깥으로 확장되는 경향이 있음을 발견했다(피부 효과 참조).그는 관 밖에 작은 전자석들이 더해져 전류를 거슬러 올라가고 중심을 잡아주는 것으로 이를 반박했다.1949년에 이르러 그는 유리관에서 더 큰 구리 토루스(currus)로 옮겨갔는데, 이 토러스에서 안정된 핀치 플라즈마를 증명할 수 있었다.프레데릭 린데만과 콕크로프트가 방문했고 당연히 감명을 받았다.^[34]

Cockcroft는 Herbert Skinner에게 그가 1948년 4월에 했던 개념들을 재검토하라고 요청했다.그는 혈장에 전류를 만들어내는 톰슨의 생각을 회의적으로 생각했고 Thonemann의 생각이 더 효과가 있을 것 같다고 생각했다.그는 또 자기장에서 플라스마의 행동이 잘 이해되지 않았다며 "이 의심이 해소되기 전에 훨씬 더 많은 계획을 세워도 소용이 없다"고 지적했다.^[31]

한편, Los Alamos에서 Tuck은 영국의 노력에 대해 미국 연구원들과 알게 되었다.1951년 초, 라이먼 스피처는 그의 뛰어난 발명가 개념을 도입했고 자금을 찾기 위해 핵 시설 주변에서 그 아이디어를 구매하고 있었다.턱은 스피처의 열정에 회의적이었고 그의 개발 프로그램이 "믿을 수 없을 정도로 야심적"^[35]이라고 느꼈다.그는 핀치에 기반한 훨씬 덜 공격적인 프로그램을 제안했다.두 사람 모두 1951년 5월 워싱턴에서 아이디어를 발표했는데, 그 결과 원자력 위원회가 스피처에게 5만 달러를 주었다.^[35]터크는 로스 알라모스의 이사인 노리스 브래드베리에게 재량 예산에서 5만 달러를 주라고 설득했고, 그것을 이용해서 아마야트론을 건설했다.^[15]

초기 결과

1950년에 Fuchs는 구소련에 영국과 미국의 원자력 기밀을 넘겼다는 것을 인정했다.핵융합 장치가 폭탄용 핵연료를 농축하는 데 사용될 수 있는 고에너지 중성자를 생성하자 영국은 즉각 모든 핵융합 연구를 분류했다.이것은 그 팀들이 더 이상 대학의 열린 환경에서 일할 수 없다는 것을 의미했다.^[36]웨어 휘하의 제국 팀은 알더마스턴의 AEI 연구소로, 토네만 휘하의 옥스퍼드 팀은 하웰로 이동했다.^[8][b]

1952년 초까지 수많은 핀치 장치가 작동되었다; Counces와 Ware는 Sceptre라는 이름으로 여러 대의 후속 기계를 만들었고,^[37] Harwell 팀은 Mark I로 알려진 일련의 더 큰 기계들을 Mark I를 통해 만들었다.^[38][39]미국에서, 터크는 1952년 1월에 그의 아마트론을 만들었다.^[40]후에 Fuchs가 영국의 작업을 소련에 넘겼고, 그들이 또한 핵융합 프로그램을 시작했다는 것이 밝혀졌다.^[41]

이 모든 그룹에게는 핀치 기계에 심각한 문제가 있다는 것이 분명했다.전류를 가하면 진공관 내부의 플라즈마 기둥이 불안정해지고 갈라져 압축이 망가진다.추가 연구 결과, "링크"와 "사우지"라는 별명을 가진 두 가지 유형의 불안정성을 확인했다.^[42]구부러진 틈에서, 보통의 토로이드 플라즈마는 옆으로 구부러져 결국 용기의 가장자리에 닿게 된다.소시지에서, 플라즈마는 소시지의 링크와 유사한 패턴을 형성하기 위해 플라즈마 기둥을 따라 있는 장소에서 목으로 고정된다.^[43]

조사 결과 둘 다 동일한 기본 메커니즘에 의해 발생했다는 것이 입증되었다.핀치 전류를 적용했을 때 밀도가 약간 높은 기체의 어떤 면적이든 약간 강한 자기장을 생성하여 주변 기체보다 빠르게 붕괴될 것이다.이로 인해 국부적인 면적이 더 높은 밀도를 가지게 되었고, 이로 인해 훨씬 더 강한 핀트가 생성되었고, 폭주 반응이 뒤따를 것이다.한 구역의 빠른 붕괴는 전체 기둥을 해체하게 할 것이다.^[43][c]

안정 핀치

그 현상에 대한 초기 연구들은 그 문제에 대한 한 가지 해결책이 압축률을 높이는 것이었다.이 접근방식에서 압착은 너무 빨리 시작되고 멈추어 플라즈마의 대부분이 움직일 시간이 없을 것이다. 대신, 이 급속 압축에 의해 생성된 충격파가 플라즈마의 대부분을 압축하는 원인이 될 것이다.^[45]이 접근법은 빠른 꼬집기로 알려지게 되었다.콜럼버스 선형 기계를 연구하고 있는 로스 알라모스 팀은 이 이론을 시험하기 위해 업데이트된 버전을 설계했다.^[46]

다른 사람들은 압축하는 동안 혈장을 안정시키는 방법을 찾기 시작했고 1953년까지 두 가지 개념이 등장했다.한 가지 해결책은 진공관을 얇지만 전도성이 높은 금속으로 싸는 것이었다.플라즈마 기둥이 움직이기 시작하면, 플라즈마 안의 전류는 시트의 자기장을 유도하게 되는데, 렌즈의 법칙에 따라 플라즈마에 대해 역류하게 된다.이것은 방 안에서 전체 플라즈마 토러스 전체가 표류하는 것과 같이 크고 느린 움직임에 가장 효과적이었다.^[47][48]

두 번째 용액은 진공관을 감싸고 있는 추가적인 전자석을 사용했다.이러한 자석의 자기장은 플라즈마에서 전류에 의해 생성된 핀치장과 혼합된다.그 결과 플라즈마 튜브 안의 입자의 길은 더 이상 토러스 둘레에 순전히 원형이 아니라 이발소 기둥의 줄무늬처럼 꼬여 있었다.^[13]미국에서는 이 개념이 혈장에 "백본"을 부여하여 작은 규모의 국부적 불안정성을 억제하는 것으로 알려져 있었다.^[49]계산 결과, 이러한 안정화된 꼬집기는 감금 시간을 극적으로 개선할 수 있으며, 오래된 개념은 "갑자기 구식인 것 같다"^[47]는 것으로 나타났다.

최근 로스 알라모스에 도착한 마샬 로젠블루스는 핀치 개념에 대한 상세한 이론적 연구를 시작했다.아내 아리안나, 리처드 가윈과 함께 1954년 출간된 '모터 이론' 즉 'M-이론'을 발전시켰다.이 이론은 전기장의 힘으로 전류의 가열 효과가 크게 증가했다고 예측했다.이것은 이러한 장치들에서 더 큰 전류를 생산하는 것이 더 쉬웠기 때문에 빠른 꼬집기 개념이 성공할 가능성이 더 높을 것임을 시사했다.그가 자석을 안정화시키는 아이디어를 이론에 접목시켰을 때, 두 번째 현상이 나타났는데, 원자로의 물리적 크기, 안정화 자석의 힘과 핀치, 토로이드 기계의 양에 근거한 특정하고 좁은 조건들의 집합은 자연적으로 안정된 것으로 보였다.^[49]

제타가 공사를 시작한다.

미국 연구원들은 기존의 소형 기계를 개조하여 빠른 꼬집기와 안정화된 꼬집기를 모두 시험할 계획이었다.영국에서 톰슨은 다시 한번 더 큰 기계를 위한 자금 지원을 요구했다.이번에 그는 훨씬 더 따뜻한 환대를 받았고, 초기 자금 20만 파운드는 1954년 말에 제공되었다.^[39]디자인 작업은 1955년 동안 계속되었고, 7월에 그 프로젝트는 ZETA라고 명명되었다.^[50]'^[51]제로 에너지'라는 용어는 이미 업계에서 널리 사용되어 ZEEP처럼 소규모 연구용 원자로를 지칭하는 말로, 순에너지는 방출하지 않으면서 반응을 일으키겠다는 ZETA의 목표와 비슷한 역할을 하고 있었다.^[52]

제타 디자인은 1956년 초에 완성되었다.메트로폴리탄-비커스는 이 기계를 제작하기 위해 고용되었는데, 이 기계에는 150톤의 맥박 변압기가 포함되어 있었는데, 이 변압기는 그 당시 영국에서 건설된 것 중 가장 큰 것이다.전기부품에 필요한 고강도 강재가 부족할 때 심각한 문제가 발생했지만 미국 전기업계의 파업으로 갑자기 자재가 넘쳐 문제가 해결됐다.^[50]

제타는 건설 당시 세계에서 가장 크고 강력한 핵융합 장치였다.^[53][d]알루미늄 토러스 내부 보어는 1m(3ft 3인치)이고, 주요 반지름은 1.6m(5ft 3인치)로 지금까지 만들어진 기계 크기의 3배가 넘는다.또한 최대 10만 암페어(암페어)의 전류를 플라즈마에 유도하도록 설계된 유도 자석을 통합한 가장 강력한 설계였다.후에 그 설계의 수정은 이것을 20만 암페어로 증가시켰다.^[54]여기에는 두 가지 유형의 안정화가 모두 포함되었으며, 알루미늄 벽은 금속 실드로 작용했으며 일련의 이차 자석이 토러스 고리를 울렸다.^[52]토로이드 자석 사이의 틈새에 끼워진 창으로 플라즈마를 직접 검사할 수 있었다.^[8]

1954년 7월, AERE는 영국 원자력청(UKAEA)으로 재편성되었다.그 기계를 수용하기 위한 하웰의 격납고 7의 개조 작업이 그 해 시작되었다.^[55]그것의 진보된 디자인에도 불구하고, 가격표는 미화 약 100만 달러였다.^[56][e]1956년 후반에 ZETA가 Model C stellarator와 Maylatron과 Columbus의 최신 버전을 제치고 1957년 중반에 온라인에 등장할 것이 분명해졌다.왜냐하면 이러한 프로젝트들은 비밀이었기 때문에, 이용 가능한 작은 정보에 기초하여 언론은 그것들이 동일한 개념적 장치의 버전이라고 결론내렸고, 영국인들은 작업용 기계를 생산하기 위한 경쟁에서 훨씬 앞섰다고 결론지었다.^[52]

소련 방문과 기밀 해제 추진

1953년부터 미국은 점점 더 빠른 꼬집기 개념에 집중해 왔다.이 기계들 중 일부는 중성자를 생산했고, 이것들은 초기에는 핵융합과 관련이 있었다.너무 흥분해서 다른 연구자 몇 명도 재빨리 그 분야에 뛰어들었다.이 중에는 스털링 콜게이트도 있었지만, 그의 실험으로 그는 재빨리 핵융합이 일어나지 않고 있다는 결론을 내리게 되었다.스피처 저항성에 따르면, 플라즈마의 온도는 그것을 통해 흐르는 전류로부터 결정될 수 있었다.콜게이트가 계산을 수행했을 때 플라즈마의 온도는 핵융합을 위한 요구 조건을 훨씬 밑돌았다.^[57]

이 경우, 다른 어떤 효과는 중성자를 생성해야 했다.추가 연구는 이것이 연료의 불안정성의 결과라는 것을 입증했다.높은 자기장의 국소화된 영역은 작은 입자 가속기로 작용하여 중성자를 방출하는 반응을 일으켰다.이러한 불안감을 줄이려는 수정은 상황을 개선하는데 실패했고 1956년까지 빠른 꼬집기 개념은 대부분 포기되었다.미국 연구소는 안정화된 핀치 개념으로 관심을 돌리기 시작했지만, 이때쯤에는 ZETA가 거의 완성되었고 미국은 훨씬 뒤처졌다.^[47]

1956년 니키타 흐루쇼프와 니콜라이 불가닌의 영국 국빈 방문을 계획하던 중, 하웰 연구자들은 소련 과학자 이고르 쿠르차토프로부터 강연을 제안받았다.그들은 그가 "기체 방출에서 열핵 반응을 일으킬 가능성"^[58]에 대한 연설을 시작했을 때 놀랐다.쿠르차토프의 연설은 미국의 디자인과 유사한 빠른 핀치 장치를 생산하려는 소련의 노력과 플라스마에서의 불안정한 문제를 드러냈다.^[58][59]쿠르차토프는 또한 중성자가 방출되는 것을 보았고, 처음에는 중성자가 핵융합에서 나온 것으로 믿었다고 말했다.그러나 그들이 숫자를 조사하면서 혈장이 충분히 뜨겁지 않다는 것이 분명해졌고 중성자는 다른 상호작용에서 나온 것이라는 결론을 내렸다.^[60]

쿠르차토프의 연설은 세 나라가 모두 같은 기본 개념을 연구하고 있으며, 모두 같은 종류의 문제에 부딪혔음을 분명히 했다.콕크로프트는 쿠르차토프의 방문을 놓친 것은 이러한 중복 노력을 피하기 위해 핵융합 작업의 기밀 해제를 압박하기 위해 미국으로 떠났기 때문이다.그들의 발견을 공유하는 것이 발전을 크게 향상시킬 것이라는 믿음이 대서양 양쪽에 널리 퍼져 있었다.소련이 같은 기본 개발 수준에 있다는 사실이 알려졌고, 이에 대해 공개적으로 이야기하는 데 관심이 있다는 사실이 알려지면서 미국과 영국도 자신들의 정보 중 상당 부분을 공개하는 방안을 검토하기 시작했다.이는 1958년 9월 제네바에서 열린 제2차 원자 for 평화회의에서 모든 핵융합 연구를 발표하기 위한 광범위한 노력으로 발전되었다.^[61]

1957년 6월, 영국과 미국은 회의 전에 서로 자료를 공개하기로 합의했고, 영국과 미국은 "실제"에 참석하기로 계획했다.최종 조건은 1957년 11월 27일에 도달하여 상호 점검에 착수하였고, 1958년 1월에 모든 자료의 광범위한 공개를 요구했다.^[62]

유망결과

제타는 1957년 8월 중순부터 수소를 이용한 운행을 시작했다.^[55]이러한 주행은 ZETA가 이전의 핀치 기계에서 보았던 것과 같은 안정성 문제를 겪지 않았음을 입증했으며, 그 플라스마도 전체 3배인 마이크로초에서 밀리초 동안 지속되고 있었다.^[63]펄스의 길이는 분광학적 수단을 사용하여 혈장 온도를 측정할 수 있게 해주었다. 방출된 빛이 광대역이었지만, 가스(특히 산소)에서 약간의 불순물의 스펙트럼 라인의 이동은 석회화 가능한 온도로 이어졌다.^[64]

초기 실험 주행에서도 중수소 가스를 혼합물에 도입하기 시작해 전류를 20만 암페어까지 늘리기 시작했다.8월 30일 저녁, 그 기계는 실험 맥박당 백만, 즉 "사격"^[65]의 순서로 엄청난 수의 중성자를 생산했다.결과를 복제하고 가능한 측정 오류를 제거하려는 노력이 뒤따랐다.^[66]

플라즈마의 온도에 따라 많은 것이 달라졌다. 온도가 낮다면 중성자는 핵융합과 관련이 없을 것이다.분광학적 측정은 플라즈마 온도를 1에서 5백만 K 사이로 추정했다. 이 온도에서 핵융합 예측 속도는 관측된 중성자 수의 2배 이내였다.제타가 설계한 것처럼 소수의 핵융합 반응을 만들겠다는 오랜 숙고 끝에 도달한 것으로 보인다.^[56]

미국의 노력은 그들의 실험을 약 1년 늦추는 일련의 사소한 기술적 차질을 겪었다; 새로운 Mayleatron S-3와 Columbus II 모두 훨씬 더 작은 실험임에도 불구하고 ZETA와 거의 같은 시기에 가동을 시작하지 않았다.그럼에도 불구하고, 이러한 실험들이 1957년 중반에 온라인에 들어오면서 그들 역시 중성자를 생성하기 시작했다.^[67]9월에 이르러 이 기계들과 새로운 디자인인 오크리지 국립 연구소의 DCX 모두 매우 유망한 것으로 나타나 에드워드 가드너는 다음과 같이 보고했다.

…오크리지의 기계나 로스 알라모스의 기계 중 하나가 1958년 1월까지 열핵 중성자의 생산을 확인할 가능성이 뚜렷하다.^[67]

프레스티지 정치

그 뉴스는 너무 좋아서 계속 토할 수가 없었다.감질나게 하는 누출이 9월부터 나타나기 시작했다.10월에 Thonemann, Cockcroft, William P.톰슨은 흥미로운 결과가 뒤따를 것이라고 넌지시 말했다.11월에 UKAEA 대변인은 "핵융합이 달성되었다는 징후"라고 언급했다.^[56]파이낸셜 타임즈는 이러한 암시를 바탕으로 이 문제에 대해 2열 기사 전체를 할애했다.이때부터 1958년 초 사이 영국 언론은 제타에 대해 평균 2편의 기사를 실었다.^[52]심지어 미국 신문들도 그 이야기를 들었다; 11월 17일 뉴욕타임스는 성공의 힌트에 대해 보도했다.^[68]

영국과 미국이 자료를 전면 공개하기로 합의했지만, 이 시점에서 미국 프로그램의 총책임자인 루이스 스트라우스는 공개를 보류하기로 결정했다.^[62]터크는 이 분야가 매우 유망해 보여 연구자들이 핵융합이 확실히 일어나고 있다는 것을 알기 전에 어떤 데이터도 발표하는 것은 시기상조라고 주장했다.^[47]스트라우스 장관은 이에 동의했으며, 그들이 결과를 확인하기 위해 일정 기간 동안 자료를 보류할 것이라고 발표했다.^[62]

이 문제가 언론에 더 잘 알려지자 11월 26일 하원에서 출판 문제가 제기되었다.반대 측의 질문에 하원 의장은 영국과 미국의 합의에 따른 출판 지연을 설명하면서 공개적으로 결과를 발표했다.^[68]영국 언론은 이를 다르게 해석하면서 미국이 영국 결과를 그대로 재현할 수 없어 질질 끌고 있다고 주장했다.^[52][69]

12월 12일 앤서니 뉴팅 전 국회의원이 뉴욕 헤럴드 트리뷴(NY Herald Tribune) 기고문을 통해 다음과 같은 주장을 펼치며 사태가 급물살을 탔다.

몇몇 사람들은 이 미국인들이 이 중대한 뉴스를 발표하기를 꺼리는 진짜 이유는 정치 때문이라고 내게 암암리에 제안했다.그들은 만약 그들이 러시아뿐만 아니라 영국이 과학 발전에서 미국을 앞섰다는 것을 인정해야 한다면 행정부는 겪게 될 위신의 상실을 지적한다.나는 이런 태도가 슬라브적이고 잘못된 안보 적용에서 비롯된다고 믿고 싶다.그러나 그 이유가 무엇이든 간에 그것은 서구적 동반자 관계의 참된 의미와 소련 위협의 실체에 대한 워싱턴에서의 통탄스러운 오해를 보여준다.^[70]

그 기사는 맥밀런 행정부에서 허둥지둥하는 결과를 낳았다.당초 예정된 로열 소사이어티 회의에서 결과를 발표할 계획이었던 터라, 특히 소련이 도착하면 미국인들이 크게 당황할 것이라고 믿었기 때문에, 미국인과 소련인을 초청할 것인지에 대한 우려가 컸지만, 초청받지 못하고 행사가 모두 영국인이었다.^[71]이 사건은 결국 UKAEA가 미국이 ZETA 결과를 보류하지 않고 있다고 공개 발표하게 만들었지만,^[72] 이는 현지 언론을 격분시켰고, 이는 미국이 그들을 따라잡기 위해 지연시키고 있다고 계속해서 주장했다.^[56][f]

초기 우려 사항

11월에 정보 공유 협정이 체결되었을 때, 다양한 연구소의 팀들이 서로 방문할 수 있도록 허용하는 추가적인 혜택이 실현되었다.스털링 콜게이트, 라이먼 스피처, 짐 턱, 아서 에드워드 루아크를 포함한 미국 팀은 모두 ZETA를 방문하여 중성자가 핵융합에서 나온 "주요 확률"이 있다고 결론지었다.^[62]

스피처는 미국으로 돌아오면서 ZETA 결과에 뭔가 문제가 있다고 계산했다.그는 겉보기 온도인 500만 K는 짧은 발사 시간 동안 발육할 시간이 없을 것이라는 것을 알아챘다.제타는 플라즈마를 그렇게 빨리 가열할 수 있는 충분한 에너지를 플라즈마에 방출하지 않았다.만약 그의 계산이 제시한 비교적 느린 속도로 온도가 상승하고 있다면, 핵융합은 반응 초기에 일어나지 않을 것이고, 그 차이를 보충할 수 있는 에너지를 더하지 못할 것이다.스피처는 온도 측정값이 정확하지 않다고 의심했다.중성자가 핵융합에서 왔다는 것을 암시하는 온도 판독치였기 때문에 온도가 낮으면 중성자가 비융해임을 암시했다.^[73]

콜게이트도 비슷한 결론을 내렸었다.1958년 초, 그와 해롤드 퍼스, 그리고 존 퍼거슨은 알려진 모든 핀치 머신에서 나온 결과에 대한 광범위한 연구를 시작했다.중성자 에너지에서 온도를 유추하는 대신 온도와 전도도 사이의 잘 이해된 관계를 바탕으로 플라즈마 자체의 전도도를 이용했다.그들은 그 기계들이 아마도 온도를 발생시키고 있다고 결론지었다.중성자가 시사하는 것은 1⁄10인데, 그 에너지와 상관없이 생성되는 중성자의 수를 설명할 수 있을 정도로 뜨거운 곳은 없다.^[73]

이때쯤에는 미국의 핀치 소자의 최신 버전인 아마트론 S-3와 콜럼버스 S-4가 그들 자신의 중성자를 생산하고 있었다.융복합 연구 세계는 고점에 도달했다.지난 1월 미국과 영국의 핀치 실험 결과는 모두 중성자가 방출되고 있으며, 핵융합은 분명히 달성되었다고 발표했다.스피처와 콜게이트의 오심은 무시되었다.^[73]

공개, 전 세계적인 관심사

오랫동안 기획된 퓨전 데이터 공개는 1월 중순에 대중에게 발표되었다.1958년 1월 25일자 네이처에는 영국의 ZETA와 Sceptre 장치에서 나온 상당한 자료가 심층적으로 공개되었는데, 여기에는 로스알라모스의 아마트론 S-3, 콜럼버스 II, 콜럼버스 S-2의 결과도 포함되어 있었다.영국 언론은 격노했다.옵서버는 "미랄 스트라우스의 전술이 과학 진보의 흥미진진한 발표가 돼야 할 것을 역겹게 해서 위신정치의 지저분한 에피소드가 되었다"^[56]고 썼다.

그 결과는 일반적으로 냉정한 과학 언어의 전형적이었고, 중성자는 주목받았지만, 그 근원에 대한 강력한 주장은 없었다.^[46]개봉 전날 하웰의 콕크로프트 총감독이 기자회견을 소집해 결과를 영국 언론에 소개했다.이 행사의 중요성에 대한 어떤 징후는 BBC 텔레비전 현장 스태프들 앞에서 볼 수 있는데, 이것은 당시로서는 드문 일이다.^[74]그는 핵융합 프로그램과 ZETA 기계를 소개하는 것으로 시작해서 다음과 같이 언급했다.

모든 토로이드 방전에 대한 실험에서 중성자는 열핵 반응이 진행 중일 경우 예상되는 숫자에 대해 관찰되었다.그러나, 현재 채널의 불안정성이 중수소를 가속시키고 중성자를 생산할 수 있는 강한 전기장을 발생시킬 수 있다는 것은 러시아나 다른 실험실에서 행해진 이전의 실험으로부터 잘 알려져 있다.그래서 어떤 경우에도 중성자가 500만도의 온도와 관련된 중수소의 무작위 운동 때문에 확실히 증명된 적은 없다...그러나 그들의 기원은 전류와 온도를 증가시킴으로써 생산되는 중성자의 수를 증가시킬 수 있는 즉시 명확해질 것이다.

— John Cockcroft, 24 January 1958^[75]

회의에 참석한 기자들은 이런 평가에 만족하지 못하고 중성자 문제에 대해 계속 콕크로프트를 압박했다.여러 번 질문을 받은 후, 그는 결국 자신의 의견으로는 그들이 핵융합에서 온 것이라고 "90퍼센트" 확신한다고 말했다.^[75]이것은 현명하지 못했다; 한 노벨상 수상자의 의견 진술은 사실의 진술로 받아들여졌다.^[74]다음 날, 일요일 신문들은 제타에서 핵융합이 달성되었다는 뉴스로 다루어졌는데, 종종 어떻게 영국이 핵융합 연구 분야에서 현재 훨씬 앞서고 있는지에 대한 주장으로 다루어졌다.콕크로프트는 이 발표 이후 TV에서 "영국에게 이 발견은 러시아 스푸트니크보다 더 크다"고 밝혔다."^[76][77]

계획대로, 미국은 또한 그들의 소형 핀치 머신에서 많은 결과물을 내놓았다.ZETA가 훨씬 더 긴 기간 동안 안정화되었고 더 많은 중성자를 생성했음에도 불구하고 그들 중 많은 수가 중성자를 방출하고 있었다.^[78]영국에서의 성공에 대해 질문 받았을 때, 스트라우스는 미국이 핵융합 경쟁에서 뒤처져 있다고 부인했다.뉴욕타임스는 이 주제에 대해 보도할 때 기사 후반부에 ZETA만 언급하면서 로스 알라모스의 콜럼버스 2세에 집중하는 쪽을 택한 뒤 두 나라가 '목과 목'이라고 결론지었다.^[79]미국의 다른 보고서들은 일반적으로 두 프로그램에 대해 동등한 지지를 보냈다.^[80]다른 나라 신문들은 영국에게 더 호의적이었다; 라디오 모스크바는 미국의 결과를 전혀 언급하지 않고 영국을 공개적으로 축하하기 위해 멀리 갔다.^[56]

제타가 계속 긍정적인 결과를 낳자 후속 기계를 만드는 계획이 세워졌다.새로운 디자인은 5월에 발표되었다; ZETA II는 훨씬 더 큰 미화 1400만 달러의 기계가 될 것이다. 이 기계는 1억 K에 도달하고 순수 전력을 발생시키는 것을 명시적으로 목표로 할 것이다.^[56]이 발표는 미국에서도 찬사를 받았다; 뉴욕타임즈는 새로운 버전에 대한 기사를 실었다.^[81]전 세계적으로 ZETA와 유사한 기계들이 발표되고 있었다; 오사카 대학교는 그들의 집게 기계가 ZETA보다 훨씬 더 성공적이었다고 발표했고, 알더마스톤 팀은 단 2만 8천 달러의 비용이 드는 그들의 Sceptre 기계에서 긍정적인 결과를 발표했고, 그 해 말에 공개되었던 웁살라 대학교에 새로운 원자로가 건설되었다.^[53]레닌그라드에 있는 에프레모프 연구소는 대부분의 알파로 알려진 것보다 더 크지만 더 작은 버전의 ZETA를 건설하기 시작했다.^[82]

추가 회의론, 주장 철회

스피처는 이미 알려진 이론이 ZETA가 팀이 주장하는 온도 근처에도 있지 않다는 결론을 내렸으며, 이 작품의 공개를 둘러싼 홍보를 하는 동안 "일부 알려지지 않은 메커니즘이 개입된 것처럼 보일 것"^[79]이라고 제안했다.미국의 다른 연구자들, 특히 퍼스와 콜게이트는 훨씬 더 비판적이어서, 그 결과를 들을 수 있는 모든 사람들에게 그 결과가 2층이라고 말했다.^[79]소련에서는 레브 아르티모비치가 서둘러 네이처 기사를 번역하게 했고, 이를 읽고 나서 "추시 소바치!"(바보치!)를 선언했다.^[83]

Cockcroft는 그들이 스펙트럼이나 방향을 측정하기 위해 장치로부터 중성자를 너무 적게 수신하고 있다고 진술했었다.^[75]그렇게 하지 못한 것은 앞서 쿠르차토프가 지적한 일종의 반응인 플라즈마 내 전기적 영향으로 중성자가 방출되고 있을 가능성을 제거할 수 없다는 것을 의미했다.그런 치수는 하기 쉬웠을 것이다.^[84]

ZETA를 수용한 같은 개조된 격납고에는 바질 로즈가 운영하는 하웰 싱크로사이클로트론(Harwell Synchrocyclotron)이 있었다.이 프로젝트는 사이클로트론의 주탐지기로서 민감한 고압 확산 구름실을 만들었다.로즈는 그것이 중성자 에너지와 궤적을 직접 측정할 수 있을 것이라고 확신했다.일련의 실험에서, 그는 중성자가 임의로 지시될 것으로 예상되는 핵융합 원점과 대립하면서 높은 방향성을 가지고 있다는 것을 보여주었다.이를 더욱 증명하기 위해 그는 전류가 반대 방향으로 흐르는 상태에서 기계를 "뒤로" 작동시키도록 했다.이는 중성자의 수와 그 에너지의 분명한 차이를 보여 주었는데, 이는 중성자가 플라즈마 내부의 핵융합 반응이 아닌 전류 자체의 결과임을 시사했다.^[84][85][86]

이것은 같은 문제를 증명하는 비슷한 실험이 아마야트론과 콜럼버스에 뒤따랐다.^[84]문제는 플라즈마 내의 파동 같은 신호에 의해 야기된 새로운 형태의 불안정성, 즉 "소확장성" 또는 MHD 불안정성이었다.^[87]이러한 현상은 예견되었지만, 꼬인 부분이 전체 혈장의 크기에 있고 사진에서 쉽게 볼 수 있는 반면, 이러한 미세한 발광성은 너무 작고 빠르게 움직여서 쉽게 감지할 수 없었고, 이전에는 전혀 눈에 띄지 않았다.그러나 꼬임과 같이, 이러한 불안정이 발달했을 때, 엄청난 전기 잠재력을 가진 지역이 발전하여, 그 지역의 양성자들이 빠르게 가속되었다.이것들은 때때로 플라즈마나 용기벽의 중성자와 충돌하여 중성자 첨삭을 통해 중성자를 배출한다.^[88]이것은 이전의 설계에서 중성자를 만들어 왔던 것과 동일한 물리적 과정으로, 보도 자료에서 코크로프트가 언급했던 문제는 보도 자료에서 언급되었지만, 그들의 근본적인 원인은 더 보기 어려웠고 ZETA에서는 훨씬 더 강력했다.안정 핀치 약속은 사라졌다.^[84]

콕크로프트는 1958년 5월 16일 굴욕적인 철회문을 발표하면서 "그것은 우리가 예상했던 그대로의 일을 하고 있고 우리가 희망했던 그대로의 기능을 하고 있다"^[89]고 주장했다.르몽드는 6월 1면 머리기사로 이 문제를 거론하며 "6개월 전 하웰에서 발표된 내용과 대조적으로 영국 전문가들은 열핵 에너지가 '국산화'되지 않았음을 확인한다"고 언급했다.^[90]그 행사는 전 분야에 냉기를 드리웠다; 영국인들만이 어리석어 보이는 것이 아니라, 핵융합 연구에 관여하는 다른 모든 나라들도 재빨리 이 시류에 편승했다.^[90]

혼란에 빠진 하웰, ZETA 병사들이 타고 있다.

1955년부터,^[91] Cockcroft는 복수의 시제품 발전 핵분열 원자로를 건설하기 위한 새로운 부지 설립을 압박했다.이것은 크리스토퍼 힌튼에 의해 강하게 반대되었고, UKAEA 내에서 이 문제를 놓고 격렬한 논쟁이 벌어졌다.^[g]콕크로프트는 결국 토론에서 승리했고, 1958년 말 UKAEA는 도르셋에 AEE Winfrith를 결성했고, 거기서 그들은 결국 여러 개의 실험용 원자로 설계를 건설했다.^[93]

콕크로프트는 또한 ZETA II 원자로가 새로운 부지에 수용되도록 압력을 가했다.그는 윈프리스가 대형 원자로를 건설하는 데 더 적합할 것이며, 미분류된 부지는 현재 미분류된 연구에 더 적합할 것이라고 주장했다.이것은 "하웰의 개인주의 과학자들이 일어날 수 있는 반란에 가까운" 것으로 묘사되어 왔다.^[94]Thonemann은 Dorset으로 이사하는 것에 관심이 없음을 분명히 하고 몇몇 다른 고위 회원들도 이사하는 것보다 그만둘 것을 제안했다.그 후 그는 1년 동안 프린스턴 대학교로 안식년을 보냈다.이 모든 일은 1959년 10월 콕크로프트가 새로 결성된 처칠 칼리지의 마스터가 되기 위해 떠났을 때 연구 부서를 인수한 바질 숀랜드에게 큰 부담이 되었다.^[95]

이것이 일어나는 동안, 원래의 ZETA II 제안은 점점 더 커져갔고, 결국 몇 년 후에 건설된 공동 유럽 토러스만큼 강력한 전류를 명시했다.^[95]이것이 최첨단 수준을 넘어서는 것처럼 보여 결국 1959년 2월 이 프로젝트는 취소되었다.^[96][97]곧 새로운 제안인 중전류 안정성 실험(ICSE)이 자리를 잡았다.^[82][98]ICSE는 M 이론에서 지적된 추가적인 안정화 효과를 활용하기 위해 설계되었으며, 매우 빠른 핀치가 혈장의 외부 층에서만 전류를 흐르게 할 것이며, 이는 훨씬 더 안정적이어야 한다고 제안했다.시간이 지남에 따라, 이 기계는 ZETA와 거의 같은 크기로 자랐다; ICSE는 100 kV에서 10 MJ를 저장하는 콘덴서 뱅크에 의해 구동되는 6 m의 큰 지름과 1 m의 작은 직경을 가졌다.^[98]

하웰은 제타 2세처럼 ICSE에 적합하지 않았기 때문에, 스콘랜드는 하웰과 가까운 곳에 위치한 새로운 핵융합 연구 부지를 구상하고 정부에 접근했다.그는 그들이 이 생각에 만족하고 있다는 것을 알고 놀랐다. 이는 급여 명단이 관리하기에 너무 복잡해지고 있는 하웰의 고용을 제한할 것이기 때문이다.추가 연구는 새로운 부지 건설 비용이 하웰 근처에 부지를 유지하는 비용 절감으로 상쇄될 것이라는 것을 증명했다; 만약 윈프리스에 ICSE가 건설된다면, 부지 간의 이동 비용은 상당할 것이다.1959년 5월, UKAEA는 하웰에서 약 16km 떨어진 곳에 있는 RNAS Culham을 구입했다.^[93]ICSE 건설은 그 해 말 "D-1"로 알려진 그것을 수용하기 위해 1에이커의 건물을 시작으로 시작되었다.^[98]

한편, 제타에 대한 연구는 무엇이 새로운 형태의 불안정을 야기하는지 더 잘 이해하기 위해 계속되었다.새로운 진단 기법에서는 전자 에너지가 10 eV(약 10만 K)의 순서로 매우 낮은 반면 이온 온도는 100 eV로 다소 높은 것으로 나타났다.이 두 가지 모두 플라즈마의 빠른 에너지 손실을 가리켰고, 이는 다시 연료가 난동하여 급속히 냉각된 방의 벽에 부딪히기 위해 탈옥을 시사했다.1961년 잘츠부르크 회의에서 그 결과에 대한 완전한 발표가 이루어졌는데, 소련 대표단은 ZETA-clone인 알파에 대해 매우 유사한 결과를 발표했다.^[82]

이 난류의 발생원은 그 당시에 명확하게 밝혀지지 않았지만, 연구팀은 그것이 전류에 의한 저항 모드 때문이라는 것을 시사했다; 만약 플라즈마가 거시적인 저항이 없다는 단순화 가정을 사용하지 않는다면, 새로운 불안정성이 자연스럽게 나타날 것이다.UKAEA의 새 수장인 윌리엄 페니는 ICSE 설계가 또한 무저항 가정에 근거한다는 것을 듣고 1960년 8월 이 프로젝트를 취소했다.^[99]부분적으로 조립된 원자로의 부품들은 다른 팀들에 의해 발굴되었다.^[100]

Thonemann은 이 시점까지 돌아왔고 ICSE에서 많은 의견 차이를 발견했다.그는 제타의 하웰에 남을 새로운 퓨전 그룹을 설립할 수 있도록 허락해 줄 것을 요구했다.^[101]제타는 한동안 세계에서 가장 큰 토로이드 기계로 남아 있었고,^[82] 10년이 조금 넘는 기간 동안 생산적인 경력을 쌓기 위해 계속 나아갔지만, 그 이후의 성공에도 불구하고 제타는 항상 영국의 어리석음의 예로 알려져 있었다.^[90][102]

톰슨 산란 및 토카막스

ZETA의 실패는 제한된 정보 때문이었다. 이용 가능한 최선의 측정을 통해, ZETA는 중성자가 핵융합 때문이라는 것을 암시하는 여러 신호를 반환하고 있었다.원래 온도 측정은 플라즈마 내 원자의 스펙트럼 라인의 도플러 이동을 검사하여 이루어졌다.^[64]용기에 대한 전자 충격으로 인한 측정의 부정확성과 거짓 결과는 플라즈마 자체가 아니라 불순물을 바탕으로 한 잘못된 측정으로 이어졌다.다음 10년 동안 ZETA는 이러한 문제를 해결하기 위한 더 나은 진단 도구를 개발하기 위해 지속적으로 사용되었다.^[103]

이 작업은 결국 오늘날까지 쓰이는 방법을 개발했다.레이저의 도입은 톰슨 산란이라고 알려진 영국의 발견을 통해 새로운 해결책을 제공했다.레이저에는 매우 정확하고 안정적인 주파수 조절이 가능하며, 레이저가 발산하는 빛은 자유 전자와 강하게 상호작용한다.플라즈마 안으로 비친 레이저가 전자에서 반사되며, 이 과정 동안 도플러는 전자의 움직임에 의해 이동될 것이다.전자의 속도는 전자의 온도의 함수여서 충돌 전과 후의 주파수를 비교함으로써 전자의 온도를 극히 높은 정확도로 측정할 수 있었다.^[104]시스템을 "반복"함으로써, 이온의 온도도 직접 측정할 수 있었다.^[105]

1960년대까지 ZETA만이 예상치 못한 성능 문제로 고생한 유일한 실험은 아니었다.자기장에 걸친 플라스마 확산 문제는 고전 이론으로는 설명할 수 없는 속도로 자기 거울과 항성기 프로그램 모두를 괴롭혔다.^[106]필드를 더 추가해도 기존 설계의 문제를 해결할 수 있는 것으로 나타나지 않았다.전 세계의 팀들이 그들의 장치에 있는 플라스마의 물리학을 더 잘 이해하려고 할 때 작업은 급격히 느려졌다.Pfirsch와 Schluter는 이러한 문제를 해결하기 위해 훨씬 더 크고 강력한 기계가 필요할 것이라고 제안하면서, 중요한 진전을 이루었다.^[107]비관적인 태도가 전 분야에 걸쳐 뿌리내렸다.^[108]

1968년에 노보시비르스크에서 핵융합 연구자 회의가 열렸는데, 그 곳에서 소련의 호스트들은 놀랍게도 다른 실험이 거의 일치하지도 않는 성능 수치를 가진 토카막 디자인에 대한 그들의 연구를 소개했다.^[109]그들의 최신 디자인인 T-3는 1000 eV의 전자 에너지를 생산하고 있었는데, ZETA에서는 약 10 eV의 전자 에너지를 생산하고 있었다.^[82][110]이는 약 1,000만 K의 혈장 온도에 해당한다.^[104]소련 팀은 높은 존경을 받았지만 결과가 너무 좋았기 때문에 그들의 간접적인 온도 측정은 신뢰할 수 없고 ZETA와 같은 측정 문제의 먹잇감이 될 수 있다는 심각한 우려가 있었다.^[108]스피처는 다시 한 번 자신의 회의론을 강하게 표현하며 아르티모비치와의 신랄한 논쟁을 촉발시켰다.^[111][112]

소련도 이에 대해 똑같이 우려했고, 냉전의 절정임에도 불구하고 아르티모비치는 UKAEA를 초청해 쿠르차토프 연구소에 레이저 시스템을 가져와 독자적으로 성능을 측정하도록 했다.^[113]아르티모비치는 이전에 그들의 시스템을 "훌륭한"^[114]이라고 불렀었다.이 팀은 1968년 말과 1969년 초에 일련의 측정을 수행하면서 "컬럼 5"^[104]로 알려지게 되었다.결과 논문은 1969년^[115] 11월에 발표되었으며, 퓨전 연구 분야에 토카막이 실제로 소련이 주장한 성능 수준에 도달하고 있다고 확신시켰다.그 결과는 전 세계 토카막 건설의 「검증할 만한 스탬프」로,^[87] 퓨전 분야에서 가장 연구된 장치로 남아 있다.^[13]

토카막은 토로이드 핀치 기계다.핵심 차이는 분야별 상대적 강점이다.^[110]안정화된 핀치 기계에서 플라즈마 내 자기장의 대부분은 그 안에서 유도된 전류에 의해 생성되었다.외부 안정장치의 강도는 훨씬 낮았고 플라즈마 질량의 외부 층에만 침투했다.토카막은 이것을 역전시켰다; 외부 자석은 훨씬 강력했고 플라즈마 전류는 그에 비해 크게 줄었다.아르티모비치는 이렇게 말했다.

세로장 강도는 전류에 의해 발생하는 방위장 강도보다 몇 배 이상 커야 한다.이는 잘 알려진 잉글리시 제타 장치처럼 상대적으로 세로 부분이 약한 토카막 장치와 시스템 사이의 주된 차이를 구성한다.^[87]

이 차이는 오늘날 안전계수로 알려진 일반적인 개념의 일부로서 Q로 표시된다.방전 중 안정성을 유지하기 위해서는 1보다 커야 한다. ZETA에서는 약 1⁄3이었다.ZETA형 기계는 이 q에 도달할 수 있지만, 전류에 의해 생성되는 동일한 큰 장과 일치하도록 엄청나게 강력한 외부 자석을 필요로 한다.토카막 접근방식은 덜 꼬집는 전류를 사용함으로써 이를 해결했다. 이는 시스템을 안정화시켰지만 더 이상 플라즈마를 가열하는 데 전류를 사용할 수 없다는 것을 의미한다.토카막 디자인은 어떤 형태로든 외부 난방이 필요하다.^[87]

역전 필드 핀치

1965년에 새로 문을 연 컬럼 연구소는 국제 핵융합 연구자들의 주기적인 회의가 된 것을 주최했다.제시된 모든 작업 중 안정화된 핀치에 관한 두 논문만 ZETA에 수록되었다.스피처는 오프닝 논평에서 이들에 대해 언급하지 않았다.^[116]

일반적으로 ZETA로 전송되는 전기의 맥박은 포아송 분포와 유사한 형상으로 전류 펄스를 형성하여 빠르게 상승하다가 후행으로 하강한다.한 논문은 혈장 안정성이 전류가 가팔라지기 시작한 직후 최대치에 도달한 뒤 현재 맥박 자체보다 더 오래 지속된다는 점에 주목했다.이 현상은 "조화"라고 불렸다.^[116]

그로부터 3년 후 T-3 토카막으로 소련 결과가 처음 발표된 같은 회의에서 로빈슨과 킹의 논문이 휴지기를 조사하였다.그들은 그것이 원래 토로이드 자기장이 스스로를 반전시켜 보다 안정적인 구성을 만들기 때문이라고 판단했다.당시 T-3 결과의 거대함이 이 결과를 무색하게 했다.^[117]

존 브라이언 테일러는 이 문제를 제기하고 이 주제에 관한 획기적인 1974년 기사를 발표하면서 이 개념에 대한 상세한 이론 연구를 시작했다.그는 핀치를 발생시킨 자기장이 이완되면서 기존의 안정장과 상호작용을 하여 스스로 안정할 수 있는 자기장을 만들어 낸다는 것을 증명했다.이 현상은 자기 나선성을 보존하고자 하는 시스템의 열망에 의해 추진되었는데, 이것은 감금 시간을 개선할 수 있는 여러 가지 방법을 제시하였다.^[118]

비록 안정력이 핀치에서 이용할 수 있는 힘보다 낮았지만, 상당히 오래 지속되었다.밀도가 증가하기보다는 연장된 구속 시간을 사용하여 로슨 기준에 다른 방향에서 접근하는 원자로를 건설할 수 있을 것으로 보였다.이는 개념상 항성계 접근법과 비슷했으며, 비록 그러한 기계들보다 전계 강도가 낮겠지만, 구속을 유지하는 데 필요한 에너지는 훨씬 낮았다.오늘날 이 접근방식은 역전 필드 핀치(RFP)로 알려져 있으며 지속적인 연구 분야였다.^[119][h]

테일러의 역전상태로의 이완에 대한 연구는 자기 나선성과 최소 에너지 상태에 대한 보다 광범위한 이론적 이해를 발전시켜 플라즈마 역학의 이해를 크게 진전시켰다."테일러 상태"로 알려진 최소 에너지 상태는 콤팩트 토로이드 등급의 새로운 핵융합 접근법을 이해하는 데 특히 중요하다.테일러는 계속해서 플라즈마에 대규모 파형이 형성되면서 최신 고성능 토로이드 기계에서 발생하고 있는 문제인 풍선 변환에 대해 연구했다.그의 핵융합 연구는 1999년 제임스 서기 맥스웰 플라즈마 물리학상을 수상했다.^[121]

철거

컬럼은 1965년 정식으로 문을 열었고, 다양한 팀들이 이 기간을 거쳐 옛 터를 떠나기 시작했다.한 팀은 1968년 9월까지 제타를 운용했다.^[122][123]ZETA와 다른 기계들을 수용했던 한가르 7은 2005/2006 회계연도 중에 철거되었다.^[124]

메모들

참조

인용구

참고 문헌 목록

외부 링크

• 영국의 스푸트니크 – 2008년 1월 16일 제타 방송의 BBC 라디오 4 프로그램 첫 방송
• ZETA – Peace Atoms, 원자로에 대한 현대 뉴릴 이야기.

좌표:51°34′48″N 1°18′30″w/51.5799°N 1.3082°W/ 51.5799; -1.3082