Inhibitor dyfuzji

Inhibitor dyfuzji

Rodzaj urządzenia	toroidalny
Lokalizacja	Stany Zjednoczone
Przynależność	NAKA
Historia
Rok (lata) działalności	1938–1938

Inhibitor dyfuzji to pierwsza znana próba zbudowania działającego urządzenia do syntezy jądrowej . Został zaprojektowany i zbudowany w Langley Memorial Aeronautical Laboratory przy Narodowym Komitecie Doradczym ds. Aeronautyki (NACA) wiosną 1938 roku. Podstawową koncepcję opracowali Arthur Kantrowitz i jego szef, Eastman Jacobs . Celowo wybrali mylącą nazwę, aby uniknąć wykrycia projektu przez centralę NACA w Waszyngtonie , ponieważ wierzyli, że zostanie on natychmiast anulowany, jeśli dowiedzą się o nim ich przełożeni.

Ogólnie rzecz biorąc, urządzenie było bardzo podobne do konstrukcji toroidalnych magnetycznych reaktorów termojądrowych , które pojawiły się w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych, z silnym fizycznym podobieństwem do urządzeń z-pinch i tokamak . Główna różnica polegała na tym, że wykorzystywał fale radiowe do ogrzewania plazmy, podczas gdy pole magnetyczne wykorzystywało wyłącznie do uwięzienia, a nie do kompresji. Po kilku wczesnych eksperymentach, które nie wykazały żadnych oznak uwolnienia energii, dyrektor NACA, George William Lewis, wpadł do laboratorium i natychmiast je zamknął.

Historia

W 1936 roku Arthur Kantrowitz , niedawny absolwent fizyki na Uniwersytecie Columbia , dołączył do Langley Memorial Aeronautical Laboratory w NACA. Na początku 1938 roku przeczytał artykuł, w którym zauważył, że Westinghouse niedawno kupił generator Van de Graaffa i doszedł do wniosku, że firma rozpoczyna badania nad energią jądrową , idąc śladami Marka Oliphanta , który zademonstrował syntezę izotopów wodoru w 1932 roku przy użyciu akceleratora cząstek. Jego bezpośredni przełożony, Eastman Jacobs , również wyraził zainteresowanie tą koncepcją, kiedy Kantrowitz pokazał mu artykuł.

Kantrowitz zaczął przeszukiwać literaturę i natknął się na artykuł Hansa Bethe w „Reviews of Modern Physics” na temat znanych typów reakcji jądrowych oraz spekulacje Bethe na temat zachodzących w gwiazdach prac, które miały doprowadzić do Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki . To skłoniło Kantrowitza do rozważenia koncepcji ogrzewania wodoru do temperatur obserwowanych wewnątrz gwiazd, z oczekiwaniem, że można zbudować reaktor termojądrowy. Najłatwiejszą reakcją na liście był deuter - deuter, ale ponieważ odkryto go dopiero w 1932 r., podaż deuteru była bardzo ograniczona. Zamiast tego wybrano czystą reakcję wodór-wodór, chociaż wymagałoby to znacznie wyższych temperatur do działania.

Pomysł Kantrowitza polegał na wykorzystaniu sygnałów o częstotliwości radiowej do podgrzewania plazmy, w taki sam sposób, w jaki kuchenka mikrofalowa wykorzystuje sygnały radiowe do podgrzewania żywności. System nie musiał jednak wykorzystywać mikrofalowych , ponieważ naładowane cząstki w plazmie skutecznie pochłaniają szeroki zakres częstotliwości. Pozwoliło to Kantrowitzowi na użycie konwencjonalnego nadajnika radiowego jako źródła, budując w tym celu oscylator o mocy 150 W.

Aby wywołać jakikolwiek wykrywalny poziom reakcji syntezy jądrowej, system musiałby podgrzać plazmę do około 10 milionów stopni Celsjusza, temperatury, która stopiłaby każdy fizyczny pojemnik. W tych temperaturach nawet atomy samego paliwa rozpadają się na płyn składający się z oddzielnych jąder i elektronów, stan znany jako plazma . Kantrowitz doszedł do wniosku, że najprostszym rozwiązaniem jest użycie pól magnetycznych do ograniczenia plazmy, ponieważ plazma jest naładowana elektrycznie, więc jej ruch może być kontrolowany przez pola magnetyczne.

Po umieszczeniu w polu magnetycznym elektrony i protony plazmy wodorowej będą krążyć wokół magnetycznych linii sił. Oznacza to, że gdyby plazma znajdowała się w solenoidzie , pole utrzymywałoby cząsteczki z dala od ścian, ale mogłyby one swobodnie przemieszczać się wzdłuż linii i poza końce solenoidu. W temperaturach syntezy jądrowej cząstki poruszają się z prędkością odpowiadającą tysiącom mil na godzinę, więc stałoby się to niemal natychmiast. Kantrowitz doszedł do wniosku, że zrobiło to wielu innych: prostym rozwiązaniem jest wygięcie solenoidu w kółko, aby cząstki przepływały wokół powstałej toroidalnej obudowy w kształcie pierścienia.

Jacobs zwrócił się do dyrektora laboratorium, George'a W. Lewisa , o zorganizowanie niewielkiej kwoty finansowania, wyjaśniając, że taki system może pewnego dnia zostać wykorzystany do napędu samolotów. Aby ukryć rzeczywisty cel przed kierownictwem NACA, nazwali to „Inhibitorem dyfuzji”. Lewis zgodził się przekazać 5000 USD (równowartość 96 253 USD w 2021 r.). Torus został uzwojony miedzianymi kablami magnetycznymi, które były chłodzone wodą, a jako źródło zasilania połączono go z obwodami silnika tunelu aerodynamicznego zbudowanego przez Jacobsa . Pomysł polegał na zmierzeniu powstałych reakcji syntezy jądrowej za pomocą ich promieni rentgenowskich , które są emitowane z bardzo gorących obiektów.

Ponieważ zasilanie miasta było ograniczone, tunel aerodynamiczny mógł działać tylko późną nocą lub wczesnym rankiem i nie dłużej niż przez pół godziny przy maksymalnej mocy. Używając kliszy opracowanej do wykonywania zdjęć rentgenowskich zębów jako detektora, obaj uruchomili maszynę, ale nie znaleźli sygnału. Wierząc, że problem polega na tym, że oscylator radiowy nie ma wystarczającej mocy, spróbowali ponownie, ręcznie przytrzymując wyłączniki automatyczne, aby dostarczyć więcej prądu. Ponownie nic nie pojawiło się na filmie. Doszli do wniosku, że coś powoduje utratę plazmy ze środka reaktora, ale nie mieli oczywistego rozwiązania.

Nie przeprowadzono dalszych eksperymentów. Wkrótce po pierwszych uruchomieniach Lewis odwiedził laboratorium, wysłuchał wyjaśnień Jacobsa na temat systemu i natychmiast go wyłączył.

Później okaże się, że prosty projekt torusa nie ogranicza prawidłowo plazmy. Kiedy solenoid jest wygięty w kółko, magnesy otaczające pojemnik rozsuwają się od siebie na zewnętrznym obwodzie. Powoduje to, że pole jest słabsze na zewnątrz pojemnika niż wewnątrz. Ta asymetria powoduje, że plazma oddala się od środka, ostatecznie uderzając w ściany.

Bibliografia

• Hansen, James (wiosna 1992). „Potajemnie nuklearny” . Wynalazek i technologia . Tom. 7, nie. 4.