Máquina Z
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La máquina Z es una instalación de prueba para realizar pruebas de materiales a temperaturas muy altas y condiciones de presión extrema. Está en los Laboratorios Nacionales Sandia (SNL) en Albuquerque / Nuevo México / EE . UU . También debería contribuir al desarrollo de una planta de energía de fusión nuclear . En 2005 también fue la fuente de rayos X artificiales más poderosa .
El nombre de la máquina Z se deriva
- desde la dirección de salida vertical de los rayos X (ver también el eje Z )
- de los cables verticales (ver más abajo)
La máquina Z es un ejemplo de una disposición Z-pinch ( es decir, Z-squeeze ) para la fusión nuclear.
El científico principal es Thomas WL Sanford .
construcción
La máquina Z es un cilindro con un diámetro de 32 my una altura de 6 m, rodeado por 36 conductores eléctricos dispuestos radialmente con un diámetro superior a 1 m. En el medio del recipiente, que se llena con agua desionizada para aislamiento , hay una cámara de vacío con un diámetro de 3 m. Contiene el llamado " Z-pinch ", una disposición cilíndrica de 300 hilos de tungsteno paralelos que se extienden en la dirección Z, del tamaño de un carrete de hilo (aproximadamente 20 cm de altura). Los alambres de tungsteno tienen un diámetro de 10 µm, aproximadamente 1/7 del grosor de un cabello humano. En el centro de este cilindro de alambre se encuentra la cápsula de fusión, una bola de plástico del tamaño de un grano de pimienta llena con una mezcla de deuterio y tritio . Para que los núcleos atómicos se fusionen, la cápsula debe comprimirse a una fracción de su tamaño original y calentarse extremadamente. Esto se puede lograr mediante la presión de radiación de una radiación de rayos X muy intensa.
Para generar esta radiación de rayos X, se envía una corriente eléctrica de hasta 20 millones de amperios a través de los 36 conductores radiales exactamente al mismo tiempo durante un tiempo muy corto de menos de 100 nanosegundos . Los finos alambres de tungsteno en el centro se evaporan repentinamente y se transforman en un gas ionizado extremadamente caliente: un plasma . El flujo de corriente genera entonces un fuerte campo magnético en el plasma (eléctricamente conductor), que se comprime fuertemente y se calienta radialmente al eje vertical (el llamado efecto pinch ). Como resultado, el plasma a su vez calienta el material de la pared del cilindro circundante a una temperatura de hasta unos pocos miles de millones de Kelvin . Como resultado, este cilindro emite un intenso pulso de rayos X durante un breve momento, con una potencia máxima de 290 TW . Si este pulso de rayos X golpea la cápsula de fusión, la presión de radiación la comprime a una fracción de su tamaño original y la calienta considerablemente. Durante unos pocos nanosegundos, se convierte alrededor de 80 veces la potencia instantánea que se consume en todo el mundo.
La energía eléctrica es proporcionada por generadores Marx .
negocio
En 2003, los científicos lograron comprimir la cápsula de fusión a una sexta parte de su diámetro original utilizando un pulso de rayos X de 120 TW. La densidad de los núcleos de deuterio aumentó doscientas veces. En estas condiciones, dos núcleos de los isótopos de hidrógeno pesados y superpesados deuterio y tritio se acercan tanto que se fusionan para formar un núcleo de helio . Los investigadores estiman que su fusión liberó una energía de alrededor de 4 mJ .
En 2006 se anunció que se podría generar un plasma con una temperatura de más de 2 mil millones de Kelvin, una temperatura superior a la del interior de las estrellas (en el núcleo del sol , por ejemplo, solo se alcanzan unos 15 millones de Kelvin). Además, la energía de la radiación de rayos X emitida fue cuatro veces mayor de lo que se hubiera esperado con la cantidad de energía cinética suministrada. Hasta ahora, estos resultados se han confirmado experimentalmente varias veces durante un período de 14 meses, pero aún no se han explicado completamente.
Se está planificando la expansión a una " máquina ZR " más grande . El objetivo es utilizarlo para generar pulsos de rayos X de hasta 350 TW, densidades y temperaturas más altas y, por lo tanto, también para liberar cantidades de energía significativamente mayores.
Evidencia individual
- ↑ La máquina Z de Sandia supera los dos billones de grados Kelvin. Consultado el 7 de mayo de 2010 (inglés).