19世纪的设备创造了一个令人惊讶的效果，称为亥姆霍尔斯卷，提供了关于如何在桑迪亚国家实验室强大Z机器上实现受控核融合的线索。
桑迪亚国家实验室的物理学家Thomas Awe在桑迪亚的Z机器上检查减少等离子体不稳定性的线圈，以寻求受控核聚变。(兰迪·蒙托亚拍摄)
亥姆霍尔斯线圈在带电时产生磁场。In recent experiments, two Helmholz coils, installed to provide a secondary magnetic field to Z’s huge one, unexpectedly altered and slowed the growth of the magneto-Rayleigh-Taylor instabilities, an unavoidable, game-ending plasma distortion that usually spins quickly out of control and has sunk past efforts to achieve controlled fusion. “Our experiments dramatically altered the nature of the instability,” said Sandia physicist Tom Awe. “We don’t yet understand all the implications, but it’s become a different beast, which is an exciting physics result.”
这些实验发表在12月的《物理评论快报》上。
的目的,增加两个Helmholz线圈在Z聚变实验机,生产比线圈磁场强1000倍,证明二次场将创建一个磁障碍,如绝缘,将保持Z-created等离子体中带电粒子的能量。yabo214理论上，线圈的磁场可以让粒子远离机器的墙壁。yabo214接触会降低聚变反应的温度，导致聚变反应失败。
研究人员还担心，亥姆霍兹磁场可能会导致Z的巨大电脉冲发生短暂变化，因为它及其相应的磁场会加速冲向目标——一个装满氘的小圆筒。
Z的磁场旨在碾碎被称为“衬套”的圆柱体，使氘发生聚变，并释放出中子和其他与核聚变有关的能量。任何阻碍“捏”或“z捏”的东西都会让实验失败。
在Awe团队的初步实验中，线圈确实缓冲了粒子，并没有干扰收缩。yabo214
输入,线圈
但出乎意料的是，该过程的射线照片表明，线圈的磁场已经改变并减慢了磁瑞利 - 泰勒稳定性的生长。被认为是不可避免地发生的那些扭曲，因为即使是转向血浆的最小差异也被施加随时间施加的压力放大。亚博网站下载
可能显着减少了数百个先前Z-Cipches中所看到的不稳定性的强度。
典型的失真图案也改变了从水平到螺旋的形状。
在一系列研究磁化线性惯性聚变(MagLIF)概念的实验中，出现了意想不到的结果。
实验过程就像法式吐司
研究人员将亥姆霍兹线圈放在含有氘的衬垫上，这样线圈的磁力线将容器和燃料都浸泡了几毫秒。相对较慢的过程，比如将面包浸泡在打散的鸡蛋和牛奶中制作法式吐司，让磁力线有时间充分渗透材料。然后飞机在几十纳秒内被桑迪亚的Z机器产生的巨大磁内爆压碎。在之前使用Z的巨大磁场而不使用Helmholz线圈的尝试中，射线照片显示衬管外部出现了不稳定性。这些干扰使得原本光滑的内衬表面看起来像一堆金属垫圈，或者被水平橡皮筋隔开的小香肠。这种不稳定性在几纳秒内就会急剧增加，就像牙齿的腐烂一样吞噬内衬壁。最终，它们可能会使内衬的内壁部分坍塌，释放出微震，造成燃料压缩不均，使大量氘无法聚变。
这些干扰是一个警告信号，表明飞机可能会在完全完成聚变任务之前被压垮。
但是，随着衬里快速缩小到其初始直径的一小部分，射击次域的次要场地运行明显改变和减慢形成不稳定。引入二次磁场似乎将其从简单圆圈堆叠的垫圈或香肠周围的橡皮筋重构 - 进入螺旋形图案，这更像格子毛衣的倾斜拼凑而成。
就像独木舟过河一样
研究人员推测，螺旋线圈形成的垂直磁场穿过Z轴的水平磁场，可能会产生与河流使皮划艇向下游倾斜而不是直接穿过河道相同的效果。也有可能是次级磁场预先设定了皮艇的原始方向，使其沿下游倾斜。不管原因是什么，螺旋不稳定的产生并不像典型的水平瑞利-泰勒不稳定那样迅速地穿过衬管壁。
Flashes of X-rays that were released when material from the horizontal instabilities collided in the liner’s center no longer appeared, suggesting more uniform fuel compression occurred, possibly a result of the increasing resistance of the implanted vertical magnetic field to the compression generated by the Z horizontal field.
Awe和他的同事使用的方法在桑迪亚理论学家Steve Slutz的两篇论文中描述。在2010年发表在《等离子体物理学》(Physics of Plasmas)上的一篇文章中，Slutz提出，Z产生的磁场可以压碎一个充满氘的金属衬垫，使原子发生聚变。Slutz和他的合作者在2012年发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一篇论文中指出，更强大的Z可以产生高产量的核聚变——产生的核聚变能量比输入的电能多得多。
这个看似简单的方法——打开一个巨大的磁场并等待几纳秒——想当然地认为，让Z发挥作用的复杂工程设备和技术服务是理所当然的。但是，除了这些，Slutz所描述的过程只需要两个额外的帮助:一个强大的激光来预热燃料，使压缩燃料更容易达到聚变温度，亥姆霍兹线圈在目标上方和下方产生一个单独的、较弱的磁场，将带电粒子隔离起来，不让它们放弃能量，从而降低反应的温度。yabo214
正在进行的Z实验将决定现实在多大程度上证实了Slutz的预测。但就目前而言，核聚变研究人员对减少扭曲的研究成果反响热烈，Awe受邀在世界上最大的等离子体会议——美国物理学会等离子体物理分部第55届年度会议上展示他的团队的成果。
Z型机器的原理很简单:Z型机器的磁力可以粉碎它所经过的任何金属。那么，它可能会迫使离子发生聚变，比如在直径几毫米的金属衬垫中放入氘。磁场会将客轮的燃料碾碎到一根头发的直径，导致氘聚变。这将释放出可用于研究辐射效应的中子，这是国家核安全局关注的关键问题之一，该机构为这项研究提供了大量资金。此外，在遥远的未来，随着其他工程问题的解决，重复点火的技术可以作为发电厂的基础，其燃料是海水，人类的无碳能源。
Awe表示:“当然，现实并非如此简单，但修正线性表面不稳定性增长的新能力可能是朝着正确方向迈出的一步。”
欲了解更多信息，请访问Z机网站。
来源：http://www.sandia.gov/