천문(융접로)

천문대는 니콜라스 크리스토필로스가 1960년대와 70년대에 로렌스 리버모어 국립 연구소에서 개발한 핵융합 동력 장치의 일종이다.천문학자들은 스타레이터와 자기 거울과 같은 현대 디자인에서 발견되는 여러 가지 문제들을 피할 수 있는 독특한 감금 시스템을 사용했다.제한된 감독 하에 이루어진 일련의 설계 변경으로 인해 개발이 크게 지연되었고, 이후 개발을 감독하기 위한 검토 위원회가 설치되었다.천문대는 위원회가 정한 성과 목표를 달성하지 못했다; 1972년에 자금이 취소되었고 1973년에 개발이 중단되었다.유사한 설계에 대한 작업은 실제 생성에 결코 사용될 수 없음을 보여주는 바로 그 설계에서 이론적인 문제를 입증한 것으로 보입니다.

역사

집중력이 강하다

크리스토필로스는 입자 가속기에서 사용되는 특징인 강한 포커스의 개념을 독립적으로 발명한 것으로 가장 잘 알려져 있다.그는 엘리베이터 설치 ^[1]회사를 운영하면서 1940년대 후반에 이 노선을 따라 일을 시작했고 1948년에는 당시 캘리포니아 대학 버클리 방사선 연구소에 가속기 초점에 대한 몇 가지 아이디어를 요약한 편지를 썼다.그들이 몇 가지 문제점을 지적하며 그의 편지를 돌려보냈을 때, 그는 이것들을 해결하고 다시 썼다.이 두 번째 편지는 무시되었습니다.1950년에 크리스토필로스는 1956년에 미국 특허 2,736,^[2]799로서 특허 출원을 했다.

비슷한 시기에 Brookhaven 국립연구소의 Ernest Courant, Milton Stanley Livingston 및 Hartland Snyder는 같은 문제를 고려했고 동일한 해결책을 고안하여 Physical ^[3]Review 1952년 12월 1일자에 그것에 대해 썼다.그가 그 신문을 보았을 때 크리스토필로스는 두 달 후에 도착하여 미국 여행을 주선했다.브룩헤이븐으로 향하면서 그는 그들이 자신의 특허에서 아이디어를 훔쳤다고 분노했다.그는 또한 원자력 위원회의 멤버들과 만났고, 그의 변호사와 만난 후 그들은 ^[4]특허에 대해 그에게 10,000달러를 지불했다.

천문학적 제안

특허 취득으로 크리스토필로스가 미국 물리학계에 진출할 수 있는 명성과 충분한 돈이 생겼다.1953년 4월 그는 셔우드 프로젝트 회의에 참석하여 그가 그리스에서 연구해 온 또 다른 아이디어인 ^[5]천문학을 발표했다.

기본 아이디어는 고에너지 전자를 자기 거울('탱크')에 주입하는 것이었다.전자는 거울에 포착되어 탱크 부피의 외부 표면 근처에 전류층을 형성하게 되는데, 그는 이를 "E층"이라고 불렀다.E-레이어는 그 자체로 강력한 자기장을 생성하며 전류가 임계 밀도에 도달하면 자기장은 "역전"하여 연속적인 구속 영역을 형성하는 새로운 닫힌 선 구성으로 접힙니다.E층이 성공적으로 형성되면 핵융합 연료가 내부 영역으로 분사되고 E층과의 상호작용에 의해 가열되어 핵융합 ^[6]온도가 됩니다.

이 배열은 끝에 오픈 필드 라인이 있는 기본 자기 미러 개념의 주요 문제 중 하나를 해결했습니다.연료는 이 선을 따라 원자로 밖으로 나갈 수 있다.설계자들은 매우 높은 온도에서 기계를 작동시킴으로써 이 문제를 해결할 수 있다고 믿었지만, 거울은 자연적으로 플라즈마가 누출되었다.실제로 누출은 기본 이론이 제시한 것보다 훨씬 더 높은 것으로 입증되었으며,^[7] 결코 그들이 달성하고자 하는 수준으로 작동되지 않았습니다.

그 당시 셔우드는 여전히 비밀이었고, 그가 처음 개념을 개략적으로 설명했을 때 문제가 있었다.그가 무대에 오르기 전에 칠판의 이전 세션의 공식은 조심스럽게 지워져 있었다.그가 칠판을 그의 방정식으로 채웠을 때, 누군가가 그에게 그것을 올리고 그 아래에 새로운 것을 드러낼 수 있는 버튼을 도와주었다.이것은 지워지지 않아 민감한 물질의 누출을 막기 위한 긴급한 노력으로 이어졌습니다.반복되는 사건을 피하기 위해 크리스토필로스는 브룩헤이븐에서 천문학 ^[8]이론을 계속 연구할 수 있는 직업을 얻었다.

천문학적 테스트

1956년 크리스토필로스는 마침내 그의 보안 허가를 받았고, 그는 천문학 개념에 대한 연구를 시작하기 위해 즉시 현재의 로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL2년 후, 그는 1958년 제네바에서 열린 평화 원자력 회의에서 그들이 제안한 시스템의 모델과 함께 그 아이디어를 발표할 수 있을 만큼 충분한 진전이 있었다.이것은 두 개의 주요 부품으로 구성되어 있었는데, 플라즈마가 들어 있는 자석병과 상대론적 ^[9]전자를 제공하는 입자 가속기였다.

성공에도 불구하고 크리스토필로스는 항상 연구실에서 외부인이었다.타임은 "그는 여전히 물리학 학위를 가지고 있지 않고, 그리스 억양과 그리스식 입담, 열정적인 논쟁을 좋아하는 것이 그를 ^[10]외부인으로 만든다"고 보도했다.이것은 물리학계의 마찰로 이어졌고, 천문학의 조기 종료를 요구했습니다.1963년 Sherwood 프로젝트 전체의 검토는 공식적인 취소 요청으로 이어졌다.그러나 이 프로그램에는 통제된 핵융합 프로그램, 특히 Glenn Seaborg와 John S의 관리 내에 후원자가 있었다. 포스터는 둘 다 LLNL과 강한 유대관계를 가지고 있으며 특히 워싱턴의 단체들이 연구소에 개발을 지시하는 것을 우려했다.상당한 논쟁 끝에,^[11] 이 프로그램은 계속되도록 허용되지만 1965년까지 필드 역전을 보여줄 필요가 있다고 결정되었다.

1963년까지 연구팀은 필요한 특성을 가진 새로운 유형의 선형 유도 가속기를 설계 및 제작했습니다.가속기 디자인은 시소 ^[12]프로젝트에서 연구된 입자 빔 무기로서 관심을 끌었다.하지만, 건설하는 동안, 연구팀은 전자들이 가속기 영역으로 자유롭게 다시 이동할 수 있다는 것을 깨달았다.크리스토필로스는 탱크에 들어간 후 전자를 약간 느리게 만드는 저항선을 도입함으로써 이 문제를 해결했고,^[13] 그래서 그들은 더 이상 역류하는 데 필요한 에너지를 가지고 있지 않았다.

버그를 해결한 후 1964년 6월에 첫 번째 결과가 발표되었습니다.가속기는 4MeV와 120A에서 작동하며 안정적인 E-레이어가 확인되었으며, 비록 2A/cm의 전류만 발생하지만,^[14] 자기장을 반전시키는 데 필요한 반자장의 0.05%에 불과했다.작업은 1965년 목표였던 역전을 계속 달성했지만 결국 실패했다.그러나 전자층은 안정적이어서 허브앨리슨 위원회는 다음 ^[15]마일포스트까지 계속할 것을 권고했다.

1967년에는 6%로 개선되었지만, 이 장치가 달성해야 할 안정적인 E-레이어에는 아직 멀었습니다.1968년 크리스토필로스와 T.케네스 파울러는 보다 강력한 가속기와 ^[16]탱크로의 업그레이드를 요청하는 보고서를 작성했다.

정밀 조사

업그레이드를 위한 자금은 결국 승인되었지만, AEC가 만든 애드혹 패널이 직접 감독하는 비용만 부담했습니다.이때까지 "전통적인" 디자인인 스텔라레이터와 자기 거울은 오랫동안 실제 플라스마에서 작동했고 압력과 온도를 서서히 증가시키고 있었다.반면에 천문학자들은 플라즈마 ^[17]실험의 필수 조건인 최초의 유용한 E층을 만들기까지는 아직 멀었다.

애드혹 패널은 E-레이어를 ^[18]형성할 수 있더라도 플라즈마가 안정적인지 여부에 대한 이론적 연구에는 거의 또는 전혀 노력하지 않고 가속기의 성능과 같은 운영상의 문제에 너무 많은 노력을 기울였다고 부정적인 보고서를 제출했습니다.게다가, 그 위원회는 아무도 작동되고 안정적인 천문학이 그것이 방출하는 것보다 더 많은 힘을 필요로 하는지에 대해 진지하게 연구하지 않았다고 지적했다.상대론적 전자가 전자 싱크로트론 ^[19]복사에 의해 많은 양의 에너지를 방출하기 때문에 이것은 천문학에서 심각한 걱정거리였다.

크리스토필로스는 이미 이것을 고려했고, 운영 설계는 전자 대신 양성자를 사용할 것이며, 동일한 수준의 에너지 손실을 겪지 않을 것이라고 제안했다.하지만 당시에는 이런 가속기가 없었고,^[20] 패널은 제작이 간단할지에 대해 매우 회의적이었다.

개선하다

천문으로의 업그레이드는 1969년에 개시되었다.이 기간 동안, 패널의 조언에 따라, LLNL의 이론 부문은 개념을 훨씬 더 진지하게 검토하기 시작했다.시스템의 컴퓨터 모델을 구축하면서, 그들은 먼저 가속기에서 나오는 전자의 개별 펄스가 예상대로 E층에 축적되지 않는 "쌓기" 문제를 공격했다.Bruce Langdon은 스태킹은 단순히 ^[21]기능하지 않는다는 것을 증명했습니다.

하지만 파울러의 제안은 천문학자를 이 문제로부터 구하는 것으로 증명되었다.그는 탱크의 중심을 따라 내려가는 두 번째 자기장을 추가하면 E-레이어를 생성하는 데 필요한 외부 자기장의 양이 감소한다는 점에 주목했다.Christofilos는 이 변화를 추진하여 1971년에 테스트를 시작했습니다.이것은 전류의 감소와 전자 포획의 성공으로 성능이 크게 향상되었음을 증명했습니다.이를 통해 두 개의 펄스를 적층할 수 있어 자기장이 15% 반자성 ^[21]강도로 증가했습니다.

천문대가 여러 개의 펄스를 연구한 반면, 코넬 대학의 한 팀은 비슷한 디자인을 연구해왔다.그러나 이 상대론적 전자 코일 실험(RECE)은 적층 개념이 아닌 전자의 단일 긴 펄스를 사용했습니다.1971년 말 그들은 완전한 필드 역전을 달성했다고 발표했다.Christofilos는 인상적이지 않았습니다. 이 설계는 안정적인 상태의 핵융합 발전기에는 유용하지 않습니다. 펄스를 지속적으로 추가해야 기계가 스스로 ^[22]유지될 수 있습니다.

취소

천문학과의 지속적인 문제와 RESE 팀이 1968년에 처음 제안했던 목표를 달성하는 데 성공한 것처럼 보이는 문제에 직면하자, 두 번째 애드혹 패널은 신랄한 보고서를 발표했다.그들은 천문학 팀이 ^[23]"어려움을 이해하는 것보다 어려움을 피하거나 회피하는 기발한 방법"을 찾고 있었다고 지적했다.AEC의 통제된 핵융합 프로그램의 책임자인 로이 굴드는 천문학 프로젝트가 계속되도록 하는 데 있어 특정 일정에서 ^[24]일련의 목표를 달성했을 경우에만 구체적이었다.

1972년 로버트 허쉬가 AEC의 통제된 핵융합 부문을 인수했을 때, 그는 연구 중인 접근방식을 분류하고 중복 및 저수익 프로젝트를 제거하기 위해 전면적인 검토를 시작했습니다.1968년에 발표된 Tokamak의 흥미로운 결과를 고려할 때, Hirsch는 상대적으로 적은 수의 프로젝트 각각에 훨씬 더 많은 예산이 ^[25]배정된 프로그램을 선호했습니다.천문학과 같은 많은 프로그램들은 단순히 단기적인 성과를 거두지 못하는 것처럼 보였고, 허쉬는 그 프로그램들을 취소하고 싶어 했다.

1972년 9월 24일 크리스토필로스는 AEC의 제임스 슐레진저를 만났지만, 그 만남에 대한 기록은 남아 있지 않다.긴 하루를 보낸 후, 그는 긴 통근 시간을 절약하기 위해 동네의 홀리데이 여관으로 갔다.그날 밤 그는 엄청난 심장마비를 겪었고 죽었다.^[24]

Richard Briggs는 1973년 6월 계획된 폐쇄일까지 프로젝트의 방향을 이어받았다.그의 지도 아래, 천문학자들은 파울러가 도입한 새로운 안정화 장에 대한 연구로 돌아왔고, 하나의 더 큰 펄스를 사용하여 장치는 반자성 강도의 50%를 기록했는데, 이는 Christofilos의 펄스 사슬 노력보다 훨씬 더 큰 것입니다.최종 보고서에는 "다중 펄스 주입에 의한 E-레이어의 구축은 일반적으로 성공하지 못했다"고 기술되어 있으며, 정지 시점에서는 어떤 물리적인 문제가 ^[26]확장을 제한하고 있는지 아직 이해하지 못했다고 기술되어 있다.

애프터 어스톰

천문대는 문을 닫았지만, 코넬의 REGE와의 작업은 한동안 계속되었다.그들의 작업의 일부로서, 그 팀은 전자에서 양성자로의 전환을 시도했다.하지만, 일부에서 의심했듯이, "P층"은 만들기 어려웠고 양성자와의 전계역전은 결코 달성되지 않았다.이 노력의 마지막 버전인 FIREX는 2003년에 폐쇄되었고, 천문학의 개념이 ^[27]절대 작동하지 않는 순수하게 이론적 이유인 것으로 보이는 것을 보여주었다.

상대론적 전자 고리는 울퉁불퉁한 토러스 디자인에도 한몫했다.이것은 여러 개의 거울을 서로 연결하여 토러스를 형성함으로써 거울의 "끝부분을 막으려는" 또 다른 시도였다.전자는 직접 분사가 아닌 외부 마이크로파 구동 전자 사이클로트론 가열(ECH)^[28]을 통해 높은 에너지로 구동되었습니다.

묘사

천문 장치는 선형 가속기와 자기 거울 "탱크"의 두 부분으로 구성되어 있습니다.이것들은 직각으로 건설되었고, 가속기의 출력은 한쪽 ^[29]끝에서 탱크의 측면으로 발사되었다.

탱크는 자기 미러 개념의 비교적 단순한 예로서, 주로 긴 솔레노이드와 양 끝에 추가 권선으로 구성되어 해당 영역의 자기장을 증가시키고 ^[30]거울을 형성했습니다.단순한 거울에서는 연료 플라즈마 내의 이온이 각도로 주입되어 자기장이 거의 선형인 끝부분에서 쉽게 흘러나올 수 없었습니다.그러나 양 끝에는 올바른 에너지의 이온이 빠져나갈 수 있는 고리형 영역이 있었고, 다양한 계산 결과 이 비율이 상당히 높은 것으로 나타났습니다.

연료 전에 거울에 전자를 주입하면 E층이 두 번째 자기장을 생성하여 고리형 영역이 탱크의 중앙으로 다시 접히게 됩니다.결과 필드는 튜브 모양이며 Field-Reversed Configuration(FRC;^[30] 필드 반전 구성)과 매우 유사합니다.이러한 장치 간의 주요 차이점은 천문학의 E-레이어와 FRC의 플라즈마 내 전류에 의해 필드 반전이 달성되는 방법입니다.전형적인 거울처럼, 천문학자들은 전자들을 ^[29]거울의 중앙으로 순환시키기 위해 거울에 약간의 각도로 주입했다.

오늘날 천문학은 종종 FRC ^[31]개념의 하위 클래스로 간주됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 플라즈마(물리학) 기사 목록

레퍼런스

인용문

참고 문헌

• Bromberg, Joan Lisa (1982). Fusion: Science, Politics, and the Invention of a New Energy Source. MIT Press.
• Coleman, Elisheva (4 May 2004). Greek Fire: Nicholas Christofilos and the Astron Project in America's Fusion Program (PDF). Archived from the original (PDF) on 7 January 2017. Retrieved 31 October 2011.