| | 7 января 2016 | Новости науки и техники
Машины-монстры: «Молот Тора», который будет сокрушать материалы давлением в 1 миллион атмосфер
В одном из помещений Национальной лаборатории Сандиа (Sandia National Laboratories) ведутся работы по подготовке к запуску нового импульсного генератора Thor, который, согласно расчетам, будет в 40 раз более эффективным, нежели Z-machine, самый большой и самый мощный в мире энергетический ускоритель в мире. Магнитное поле, генерируемое ускорителем Thor, будет оказывает воздействие на образцы испытуемых материалов, эквивалентное давлению в 1 миллион атмосфер, давление, сопоставимое с давлением в ядре Земли. Это, конечно, меньше давления в 5 миллионов атмосфер, которого можно достигнуть при помощи ускорителя Z-machine, однако, после завершения сооружения ускоритель Thor будет занимать площадь в 186 квадратных метров, а не 930 квадратных метров, и обладать большими возможностями в области управления длительностью и формой генерируемых импульсов.
Гибкость в управлении генерируемыми импульсами энергии ускорителю Thor даст новая энергетическая система, построенная на базе сотен конденсаторов относительно небольшой емкости. Для сравнения, в ускорителе Z-machine для накопления энергии используется три конденсатора большой емкости. Это родственно процессу увеличения вычислительной мощности в современных компьютерах, где вместо создания одного сложного вычислительного ядра на кристалл процессора устанавливаются множество относительно простых ядер, работа которых синхронизируется должным образом.
В старом ускорителе требуется, чтобы процессом разряда трех огромных конденсаторов управляли три мощных коммутирующих устройства, работа которых должна обеспечивать выдачу импульсов энергии, длительностью от 100 наносекунд до десятков микросекунд. Этим процессом гораздо проще управлять в случае наличия большого количества небольших конденсаторов, каждый из которых снабжен собственным твердотельным коммутационным элементом. Это позволит ускорителю Thor генерировать еще более короткие и более мощные импульсы, избегая при этом потерь энергии. Кроме этого, такой подход позволит формировать импульсы гораздо более сложных форм, нежели импульсы генерируемые ускорителем Z-machine.
Более точный контроль формы импульсов позволит производить более «тонкие» исследования структурных особенностей материалов. Импульсы определенной формы позволят избежать возникновения ударных нагрузок на образцы материала, что, в свою очередь, позволит ученым прослеживать все тонкости переходных процессов. «Иногда нам требуется, чтобы материал продолжал оставаться в твердом состоянии во время постепенного увеличения давления» — рассказывает Дэвид Реисмен (David Reisman), ведущий исследователь, — «Если мы начинаем воздействовать на материал слишком резко, он превращается в разогретую жидкость и это портит результаты эксперимента».
Благодаря использованию конденсаторов небольшой емкости их процесс заряда будет производиться намного быстрей, чем заряд конденсаторов ускорителя Z-machine. Это, в свою очередь, позволит ускорителю Thor «стрелять» гораздо чаще, чем может ускоритель Z-machine. Кроме этого, модульная структура ускорителя Thor значительно упростит и ускорит процессы ремонта и обслуживания этой установки, с которыми смогут справиться лишь несколько человек обслуживающего персонала.
И в заключение следует заметить, что конденсаторные модули для ускорителя Thor, содержащие внутри по два конденсатора и электронный переключатель, способный срабатывать с точностью в наносекунду, был разработан совместными усилиями специалистов лаборатории Сандиа и ученых из Института сильноточной электроники, Томск, Россия. Эти модули, словно кирпичики, складываются друг с другом, что не требует использования сильноточных соединительных кабелей, наличие которых обуславливает задержки распространения импульсов энергии и энергетические потери.
Ускоритель Thor не сразу приобретет свой законченный вид. Его сооружение будет производиться в несколько этапов, сейчас ведется строительство основных элементов его конструкции, после чего последуют две промежуточные стадии — Thor 24 и Thor 48. Числа в данном случае означают количество подключенных к установке конденсаторных модулей.
Конечный вариант ускорителя по аналогии с вышеприведенными наименованиями будет обозначаться Thor 144, в его конструкции будет использовано 144 конденсаторных модуля. И этот вариант будет способен развивать давление в 1 миллион атмосфер.
Машины-монстры — все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.