Z_Pulsed_Power_Facility
コーディネート：35°02’08 “N106 °32’33” W / 35.035451°N106.542522°W / 35.035451; -106.542522
Zマシン非公式として知られ、ZマシンまたはZピンチ、最大高周波数での電磁波の世界で発生し、極端な温度及び圧力の条件下で試験物質に設計されています。1996年10月の改修以来、主に慣性閉じ込め核融合（ICF）研究施設として使用されてきました。が運営するサンディア国立研究所でアルバカーキ、ニューメキシコ、それはを支援するためにデータを収集し、コンピュータモデリングの核兵器及び最終的な核融合パルス状の発電所。
コンテンツ
1 起源
2 Zマシンの物理
3 1996〜2006年の早期運用
4 20億ケルビン
5 見通し
6 Zピンチ慣性核融合エネルギープログラム
7 も参照してください
8 参考文献
9 外部リンク
起源
参照：
核融合パワー§研究の歴史
Zマシンの起源はにさかのぼることができ、エネルギー省に複製する必要が核融合反応の熱核爆弾をより良い伴う物理現象を理解するために、ラボ環境で。
1970年代以降、DoEは、トカマクや軽原子の小さなボールの離散核融合などの連続反応を使用して、核融合反応から電気を生成する方法を検討してきました。当時、レーザーは必要なパワーを持っていなかったので、考慮された主なアプローチは重イオン融合（HIF）でした。などが大きな進歩Qスイッチング及びモード同期製レーザーオプション（に至るナショナルイグニッションファシリティ）とHIFプログラムは多かれ少なかれ休止状態になっています。1985年に、全米アカデミーズによるDoEのプログラムのレビューは、「エネルギー危機は当分の間休眠状態にある」と述べました。HIFマシンは、軍事研究が核爆弾を改善するのを支援する任務を負っていました。
サンディアでの最初の研究は、ジェロルド・ヨナス が粒子ビーム融合プログラムを開始し、指揮した1971年にさかのぼります。電子は、当時のパルスパワー加速器がすでに小さな領域に高出力で集中していたため、最初に考えられた粒子でした。しかし、その後まもなく、電子は目的に十分な速さで核融合燃料を加熱できない可能性があることがわかりました。その後、プログラムは電子から離れて陽子を優先しました。これらは、ターゲットに集中するのに十分に制御するには軽すぎることが判明し、プログラムは軽イオン、リチウムに移りました。加速器の名前は強調の変化を反映しています。最初に加速器の名前はEBFA-I（電子ビーム融合加速器）でしたが、その後すぐにPBFA-Iが土星になりました。陽子は別の加速器、PBFA-IIを要求し、それはZになりました。
ポピュラーサイエンスの1976年12月号および1977年に発行された1976年の会議議事録で、「粒子ビーム融合研究」というタイトルの記事が、初期の研究と第1世代の機械について説明しました。プロトI（1975）; プロトII（1977）; EBFA / PBFA（電子ビーム融合加速器/粒子ビーム融合加速器）（1980）。
1985年にPBFA-IIが作成されました。 全米アカデミーズの報告にもかかわらず、サンディアはゆっくりとしたペースで重イオン融合を標的にし続けた。
Scientific Americanの1978年11月号には、Yonasの最初の一般公開記事「粒子ビームによる核融合力」が掲載されました。
一方、防衛関連の研究は、エルメスIIIマシンとサターン（1987）を使用してサンディアでも進行中であり、PBFA-IIよりも低い総電力で動作するが、高電圧と高電流に関するサンディアの知識を進歩させたPBFA-Iからアップグレードされました。したがって、Zマシンの便利な前身です。
1996年、米陸軍はAurora Pulsed RadiationSimulatorの廃止に関するレポートを発表しました。このレポートは、核兵器実験と慣性核融合エネルギー研究の関係を理解するのに役立ちます。
また、1996年に、PBFA-IIマシンは再びPBFA-Z または単に「Zマシン」にアップグレードされ、1998年8月にScientificAmericanで初めて一般に公開されました。
Zマシンの物理
Zマシンは、プラズマのチューブを介したコンデンサの高速放電により、結果として生じるローレンツ力によってコンデンサが中心線に向かって圧縮されるという、よく知られたZピンチの原理を使用しています。ベネットは、プラズマ圧縮へのZピンチの応用の研究に成功しました。Zマシンのレイアウトは円筒形です。外側には、1マイクロ秒の高電圧パルスを生成するマルクスジェネレーターを介して放電する巨大なコンデンサーが収納されています。次に、Yonasは、水の誘電力を使用して、この時間を10倍に分割するシステムを使用して、100nsの放電を生成できるようにします。
しかし、この努力は、高出力が使用されているにもかかわらず、ビームの十分な集束が不足しているため、ヘビーイオンフュージョンでは成功しませんでした。ローレンツ力は放射状であることが長い間知られていましたが、電流の流れは非常に不安定で、シリンダーに沿って回転し、爆縮管のねじれを引き起こし、圧縮の質を低下させました。
ロシアの科学者、バレンティンスミルノフは、電流の方位角の流れと戦うために、チューブ（「ライナー」と呼ばれる）をワイヤーアレイに置き換えることを考えました。したがって、電磁流体力学（MHD）の不安定性と戦うことになります。クルチャトフ研究所のアンガラV 施設は、同じ理由で建設されました。水素爆弾の第2段階のシミュレーションと設計を支援し、核ミサイルの弾頭に対する高出力X線の影響をテストするためです。ワイヤーアレイ内の空間はポリスチレンで満たされ、X線束を均一化するのに役立ちます。
熱核兵器を開発している国には独自のZマシンがありますが、送水管を使用していない国では、パルスが長く上昇していました（たとえば、グラマのフランスのマシンであるスフィンクスでは800ns）。英国では、Magpie マシンは、MalcolmHainesの管理下にあるImperialCollegeにありました。
ポリスチレンコアを取り除くことにより、サンディアは、90メガバールの圧力で1000万アンペアが流れる細い1.5mmのプラズマコードを得ることができました。
1996〜2006年の早期運用
サンディアのZマシンの重要な属性は、その1，800万アンペアと100ナノ秒未満の放電時間です。タングステン線の配列は「ライナー」と呼ばれます。 1999年、Sandiaはネストされたワイヤーアレイのアイデアをテストしました。 2番目のアレイは、最初のアレイと位相がずれており、レイリー・テイラー不安定性を補償します。2001年、サンディアは、圧縮ペレットをより適切に画像化するためのツールとして、Zビームレットレーザー（国立点火施設の余剰設備から）を導入しました。これにより、Zマシンで圧縮されたペレットの成形の均一性が確認されました。
サンディアは2003年4月7日にZ機に少量の重水素を融合させることを発表した。
X線発生器として使用されることに加えて、Zマシンは、地球が太陽の周りの軌道を移動する毎秒30キロメートルよりも速く、毎秒34キロメートルで小さなプレートを推進し、地球の脱出速度の4倍（海面）。また、正常と呼ばれる特殊な、hyperdense「ホットアイス」作成氷VIIを迅速7万120，000の圧力に水を圧縮することにより、気圧（7~12 GPaで）。 Zマシンで加速された発射体に衝撃を与えることによる機械的衝撃は、ダイヤモンドを溶かすことができます。
Zマシンのさまざまなミッションの概要は、サンディアでのパルスパワー活動をレビューした2002年のTrivelpiece委員会レポートに
この期間中に、生成されたX線の出力は10から300TWに跳ね上がります。核融合ブレークイーブンの次のマイルストーンを目標にするために、別のアップグレードが必要でした。
20億ケルビン
2006年の初めに、Zマシンは、発表された温度が20億ケルビン（2×10 9 K）、36億 °F（20億 °C）、または172 keVを超えるプラズマを生成 し、3.7×10でピークに達しました。9 K、66億°F（37億 °C）または319keV。 これは、タングステン線をより太い鋼線に置き換えることによって部分的に達成されました。電気エネルギーを軟X線に変換する際に10％から15％の効率を可能にするこの温度は、予想よりもはるかに高かった（軸上の入力ワイヤの運動エネルギーの3から4倍）。ギネスブックは、以前は最高の人間が達成温度として記載されている （相対論的重イオン衝突型加速器でのブルックヘブン国立研究所と大型ハドロン衝突型加速器問題ででても、生産高温度ので、持っています巨視的スケールではなく核スケール）。この余分なエネルギーの起源はまだ説明されていませんが、小規模なMHD乱流と粘性減衰が磁気エネルギーをイオンの熱エネルギーに変換し、衝突によってそれらのエネルギーを電子に伝達すると理論付けられています。
見通し
1ペタワットのLTDベースのzピンチアクセラレータの提案モデル。
直径104m、70メガアンペア、24メガボルト。
ZR（Z Refurbished）と呼ばれる6000万ドル（9千万ドルに引き上げられた）の改造プログラムが2004年に発表され、その力を50％増加させました。Zマシンは、新しく設計されたハードウェアとコンポーネント、およびより強力なMarxジェネレーターのインストールを含む、このアップグレードのために2006年7月に解体されました。機械の脱イオン水セクションは以前のサイズの約半分に縮小され、オイルセクションはより大きな中間貯蔵ライン（iストア）と新しいレーザータワーを収容するために大幅に拡張されました。水セクション。改修は2007年10月に完了しました。新しいZマシンは、95ナノ秒で約2600万アンペア（以前の1800万アンペアではなく）を発射できるようになりました。放射電力は350テラワットに上げられ、X線エネルギー出力は2.7メガジュールになりました。ただし、2005年に使用されたのと同じレコードホルダーステンレス鋼ワイヤーアレイライナーで新しいバージョンが到達する可能性のある最高温度はまだわかっ
2006年に到達した超高温（26.6〜37億ケルビン）は、以前に検討されていた古典的な水素、重水素、およびトリチウムの核融合に必要な温度よりもはるかに高くなっています。それらは、理論的には、実際にはそうではないにしても、軽い水素原子とリチウムやホウ素などの重い原子との融合を可能にする可能性がこれらの2つの可能な核融合反応は中性子を生成せず、したがって放射能や核廃棄物を生成しないため、人工のクリーンな核融合の可能性を開きます。
サンディアのロードマップには、核融合発電および自動化システムでより高い歩留まりをテストするためのZN（Z Neutron）と呼ばれる別のZマシンバージョンが含まれています。ZNは、現在のマルクスジェネレーターの代わりにロシアの線形変圧器ドライバー（LTD）を使用して、1時間あたりのショットで20〜30MJの水素核融合出力を提供する予定です。 8年から10年の運用後、ZNは100秒ごとに核融合ショットを行うことができる核変換パイロットプラントになるだろう。
計画されている次のステップは、最初の真のzピンチ駆動のプロトタイプ核融合発電所であるZ-IFE（Z-慣性核融合エネルギー）試験施設です。LTDを使用してSandiaの最新の設計を統合することをお勧めします。Sandia Labsは最近、放電が7000万アンペアに達する概念的な1ペタワット（10 15ワット）LTDZピンチ発電所を提案しました。 2012年の時点で、6000万から7000万アンペアでのフュージョンショットシミュレーションは、入力エネルギーの100から1000倍のリターンを示しています。Zマシンの現在の設計で最大2600万から2700万アンペアのテストが2013年に開始されるように設定されました。
Zピンチ慣性核融合エネルギープログラム
慣性核融合発電所
サンディア研究所Z-IFEプロジェクト核融合発電を利用において実用的な困難を解決することを目的とします。主な問題には、1回のZピンチショットでエネルギーを生成すること、および各ショットの後にリアクターをすばやくリロードすることが含まれます。彼らの初期の推定によれば、10秒ごとの燃料カプセルの爆縮は300MWの核融合エネルギーを経済的に生み出すことができた。
も参照してください
サンディア国立研究所
核融合力
備蓄スチュワードシップ
パルスパワー
慣性核融合発電所
プラズマ（物理）記事のリスト
核融合
磁化ライナー慣性融合
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外部リンク
ホームページZパルス電源設備
「Zと呼ばれる機械」、オブザーバーからの記事
物理ニュースアップデート、2006年2月28日”