Z machine 1657841 30763299 2008-06-18T16:00:50Z Croquant 52033 Restauration de la version du du 31 mai 2008 à 17:01 (vandalisme) [[Image:Zpinch.jpg|thumb|440px|La Z machine au laboratoire national de Sandia (avec l'aimable autorisation du Sandia National Laboratories).]] La '''Z machine''' est le plus puissant générateur de [[rayon X|rayons X]] au monde. Elle est implantée dans les locaux du site principal des [[laboratoires Sandia]] à [[Albuquerque]] au [[Nouveau-Mexique]]. Conçue pour contrôler des matériaux soumis à des conditions extrêmes de température et de pression, elle est principalement utilisée dans le but de rassembler les données nécessaires à la [[simulation informatique]] des [[arme nucléaire|armes nucléaires]]. Elle a également permis, grâce à des expérimentations récentes, d'ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de l'[[fusion nucléaire|énergie de fusion]]. == Principe de fonctionnement == Le dispositif expérimental est constitué d'une cage cylindrique (ou ''[[hohlraum]]'') contenant en son centre une cible cylindrique, en périphérie plusieurs centaines de fils plus fins qu'un cheveu (à l'origine en [[tungstène]]), l'intérieur pouvant en outre contenir une « mousse » spécialement adaptée à cet usage. De nombreuses variantes de la configuration et de la composition des fils ont été expérimentées, dans le but d'améliorer les résultats obtenus. Le processus comporte plusieurs phases successives qui s'enchaînent en quelques [[Seconde (temps)|nanosecondes]]. De façon simplifiée, on peut le décrire ainsi : * Un courant électrique extrêmement intense (20 millions d'[[ampère (unité)|ampères]]) est envoyé à travers les fils, ce qui provoque la vaporisation progressive de chacun d'eux, donnant ainsi naissance à une coquille de [[Physique des plasmas|plasma]] s'appuyant sur la partie résiduelle des fils; * Le courant électrique, qui continue à augmenter, passe dès lors dans la coquille conductrice; le [[champ magnétique]] associé la soumet à des [[force de Laplace|forces de Laplace]] qui entraînent par pincement sa contraction violente; * Lors de la [[wikt:constriction|constriction]] du plasma, les ions et les électrons sont projetés vers l'axe de la cavité, jusqu'à un « point d'arrêt » qu'ils ne peuvent pas dépasser; leur [[énergie cinétique]] est alors transformée en [[énergie électromagnétique]] ([[rayonnement de freinage]] des électrons), sous la forme d'un « flash » de rayons X ; ce dernier, par un phénomène d'[[onde de choc]], comprime violemment la cible. L'impulsion électrique est produite par un ensemble de 36 [[générateur de Marx|générateurs de Marx]] qui puisent leur énergie dans des cuves remplies d'eau jouant le rôle de [[condensateur]]s. == Historique des expériences == * Les premières expériences avec la Z machine ont été menées en [[1996]]; elles ont produit un [[rayon X|rayonnement X]] d'une puissance supérieure à 200 [[watt|térawatts]] (200&times;10<sup>12</sup> watts). * L’utilisation de deux réseaux concentriques de fils au lieu d'un seul a porté en [[1997]] la puissance rayonnée à 290 térawatts, correspondant à une température de 1,8 million de degrés. * La première expérience réussie de fusion de [[deutérium]] dans la Z machine a été annoncée en avril [[2003]] ; la température atteinte était de l'ordre de 11,6 millions de degrés, le diamètre de la capsule de combustible ayant été réduit de 2 mm à 0,16 mm (160 [[micromètre]]s) en 7 nanosecondes (7&times;10<sup>–9</sup> s). * Le 8 mars [[2006]], Sandia annonce dans un communiqué officiel<ref>[http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/2006/physics-astron/hottest-z-output.html Sandia’s Z machine exceeds two billion degrees Kelvin]</ref> avoir obtenu accidentellement un plasma d'une température supérieure à 2 milliards de degrés au sein de la Z-Machine. Le responsable de projet Chris Deeney a ajouté avoir reproduit plusieurs fois l'expérience afin d'en valider le résultat. * Le 2 novembre 2006, Sandia annonce dans un communiqué officiel<ref>[http://www.sandia.gov/news/resources/releases/2006/diamonds.html Z machine melts diamond to puddle]</ref> les avancées réalisées sur les capsules de diamant qui permettront à terme de contenir le carburant nucléaire. * Le 24 avril 2007, Sandia annonce<ref>[http://www.sandia.gov/news/resources/releases/2007/rapid-fire-pulse.html Rapid-fire pulse brings Sandia Z method closer to goal of high-yield fusion reactor - April 24, 2007<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref> que la Z machine dopée de générateurs [[Linear Transformer Driver|LTD]] peut fonctionner avec des impulsions ultra-brèves, ce qui la rapproche un peu plus d'un générateur à [[fusion nucléaire|fusion]] à haut rendement. == Nouvelles perspectives == Dans des expériences récentes ([[2004]]-[[2005]]) dont les résultats ont été rendus publics par [[Laboratoires Sandia|Sandia]] en [[mars 2006]], l'augmentation du diamètre du réseau de fils et le remplacement des fils de [[tungstène]] par des fils d'[[acier]] ont permis de mesurer dans les [[Physique des plasmas|plasmas]] produits des [[température]]s ioniques de 2 à 3 milliards de degrés. Aucun dispositif de conception humaine n'avait permis jusqu'à présent d'atteindre, de façon avérée, de telles températures, bien plus élevées que celles du cœur des étoiles de taille moyenne (de l'ordre de 10<sup>7</sup> à 10<sup>8</sup> degrés). Elles sont très largement supérieures aux températures requises pour la fusion des atomes d'[[hydrogène]], [[deutérium]] ou [[tritium]], et permettraient, en théorie sinon en pratique, la fusion d'atomes d'hydrogène avec des atomes plus lourds comme le [[lithium]] ou le [[bore]] ; ces deux réactions présentent l'avantage d'être réellement propres, dans la mesure où elles ne produisent ni [[neutron]]s ni [[Déchet radioactif|déchets radioactifs]], ce qui n'est pas le cas des réactions basées sur le [[deutérium]] et le [[tritium]]. Pour la première fois, la puissance rayonnée a dépassé (d'un facteur 3 à 4) l'estimation de l'énergie cinétique développée lors de la compression du plasma. L'origine de ce surcroît d'énergie reste encore incertaine, car seules de rares tentatives d'explication ont été publiées<ref>Un [http://www-pub.iaea.org/MTCD/Meetings/PDFplus/fusion-20-preprints/OV_3-5Rb.pdf document] avait rendu compte de ce phénomène en 2004, mais les températures n'avaient pas encore pu être mesurées de façon certaine.</ref>{{,}}<ref>Une autre explication a été avancée par une équipe allemande dans [http://arxiv.org/PS_cache/hep-ph/pdf/0604/0604174.pdf cet article].</ref>.<br/> La première en date est celle de Malcolm Haines<ref>[http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRLTAO000096000007075003000001 Résumé de la publication de Malcolm Haines] (23 février 2006).</ref>{{,}}<ref>[http://www.mhdprospects.com/pdf/analyse_papier_haines.pdf Présentation et analyse en français de l'article de Malcolm Haines] par [[Jean-Pierre Petit]] (25 mai 2006).</ref>, professeur et chercheur en [[physique des plasmas]] à l'[[Imperial College]] de [[Londres]]; elle met en avant l'apparition possible, lors de la phase finale de la constriction, d'une myriade de micro-instabilités [[Magnétohydrodynamique|MHD]] dont l'[[énergie cinétique]] serait transférée aux ions, augmentant ainsi la température du plasma, puis aux électrons, qui la libéreraient en émettant des rayons X. == Évolutions == La ''Z-R machine'', ou ''Z-Refurbished machine'', est la version plus performante de la Z machine. Son fonctionnement a débuté au premier trimestre 2007. == Autres sites développant des expériences similaires == Des installations similaires à la Z-machine existent dans d'autres pays&nbsp;: * en [[République populaire de Chine|Chine]], le générateur QIANGGUANG-I du NINT (Northwest Institute of Nuclear Technology), proche de [[Xi'an]] ([[Shaanxi]])<ref>La rareté des documents accessibles ne permet pas d'être certain qu'il soit comparable à la Z machine. Les documents [http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/a01/PDF/WEBM06.pdf] et [http://wulixb.iphy.ac.cn/en/ch/common/create_pdf.aspx?file_no=20050930&flag=1] aideront à se faire une opinion.</ref>; * en [[France]], le générateur [[SPHINX]] (anciennement générateur ECF du projet [[SYRINX]]<ref>[http://mathias.bavay.free.fr/these/html/node153.html chapitre de la thèse de Mathias Bavay (8 juillet 2002) traitant du générateur ECF du projet SYRINX].</ref>) du Centre d'essais de [[Gramat]] ([[Lot (département)|Lot]])<ref>[http://megagaussx.physik.hu-berlin.de/Proceedings/pdf/27.pdf Description du générateur SPHINX] dans une communication à la X<sup>e</sup> Conférence Megagauss.</ref>; * en [[Grande-Bretagne]], le générateur MAGPIE de l'[[Imperial College London|Imperial College de Londres]]<ref>[http://dorland.pp.ph.ic.ac.uk/magpie/experiments/Generator.html Présentation du générateur MAGPIE].</ref>; * en [[Russie]], le générateur GIT-12 de l'Institut d'électronique des courants forts à [[Tomsk]]<ref>On trouvera des informations sur ce générateur au chapitre V de la [http://www.editions.polytechnique.fr/Theses/Files/Huet.pdf thèse de Dominique Huet].</ref>. == Notes et références == <references/> == Voir aussi == === Liens internes === * [[Laboratoires Sandia]] * [[Fusion nucléaire]] * [[Z-pinch]] * [[Magnétohydrodynamique]] * [[Générateur de Marx]] * [[Hautes puissances pulsées]] === Liens externes === * {{en}} [http://zpinch.sandia.gov/ Zpinch Home Page] * {{fr}} [http://www.pescadoo.net/malc/art-6.htm Octobre 1998 : Fusion nucléaire et striction axiale (''Pour la science'')] * {{en}} [http://observer.guardian.co.uk/life/story/0,6903,416412,00.html 31 décembre 2000 : A machine called Z (''The Guardian'')] {{Énergie de fusion}} {{Portail|physique|énergie|histoire militaire}} [[Catégorie:Dispositif à fusion thermo-nucléaire]] [[Catégorie:Fiabilité des arsenaux nucléaires]] [[Catégorie:Centre de recherche nucléaire]] [[Catégorie:Électrotechnique expérimentale]] [[Catégorie:Science aux États-Unis]] [[de:Z-Maschine]] [[en:Z machine]] [[fi:Z-kone]] [[id:Mesin Z]] [[it:Z machine]] [[pt:Máquina Z]]