最適化された閉じ込めコンセプトの工学物理学（核融合エネルギーの新技術）──成功したLENR（常温核融合）グループの研究が埋もれてしまった
前回の記事でマイケル・クラレージ博士が「コロックの仕事は素晴らしい。これは、成功したLENR（低エネルギー核反応、別名常温核融合）グループの研究が埋もれてしまったり、葬られてしまったりしたもう一つの例です」と言っていた論文を紹介します。興味が湧いたのと、内容は専門的で一般向けでは全くありませんが、訳しておく価値があると思ったからです。
ポール・ミロスラフ・コロック
ポール・M・コロックは、電気や宇宙船の動力源となる核融合エネルギーの新技術を推進し、特許を取得した工学物理学者である。
アイオワ州ウォータールーに生まれ、メリーランド州シルバースプリングに住んだ。コロックは、複合プラズマ構成を生成・利用する装置を含む発明で、数多くの米国特許および国際特許を取得した。これらの特許には、制御された熱核反応に使用される可能性のあるプラズマ構成を形成するための方法と装置が記載されている。コロックはプロメテウスII社を設立し、エネルギー生産と軍事利用を目的としたプラズマ構成の可能性を追求した。
2012年２月17日、うっ血性心不全と慢性閉塞性肺疾患のため75歳で死去した。
ポール・M・コロックは、ガスダイナミックレーザーと電気光学デバイスの研究でも知られる。ディアナ・クーパーという妻と最初の結婚でもうけた４人の子供、そして数人の孫とひ孫がいた。
今回紹介する論文についてcopilotに聞いてみました。
ポール・M・コロックの「最適化された閉じ込め概念の工学物理学」は、Plasmak Configurationと呼ばれる最適化された閉じ込め概念に関する研究です。この研究は、プラズマの閉じ込めを改善し、エネルギー生成や核融合の可能性を探ることを目的としています。
コロックのアプローチは、従来の磁気閉じ込め方式とは異なり、Plasmakと呼ばれる特殊なプラズマ構造を用いることで、より安定した閉じ込めを実現しようとしています。この構造は、プラズマを球状またはトーラス状に形成し、自己組織化によって長時間維持できる可能性があるとされています。
この概念は、核融合エネルギーの開発において重要な役割を果たす可能性があり、特にコンパクトな核融合炉の設計に応用できるかもしれません。コロックの研究は、従来の核融合技術とは異なる視点からアプローチしており、革新的なエネルギー生成技術の発展に貢献する可能性があります。
ついでに、braveでも聞いてみました。
ポール・コロックは工学物理学者で、電気や宇宙船の動力源となる核融合エネルギーの新技術を推進し、特許を取得した。彼はプロメテウスII社を設立し、稲妻の球に似た長寿命のプラズマ・ボールを製造し、核融合プロセスを封じ込めて燃料とすることを目指した。このプロセスは、安価で豊富なエネルギー源につながるもので、彼は国防総省の資金援助を受けて、その軍事的応用の可能性を探っていた。
調べている過程でボール・ライトニングについての論文もある事がわかりました。
PLASMAK™構成とボール・ライトニング
The PLASMAK^TM Configuration and Ball Lightning
国際ボール・ライトニングシンポジウムにて発表（1988年７月、東京）
P. M.コロック、プロメテウスII、Ltd.
BX 1037, College Park MD 20741, USA
電話：(301) 445-1075
理想的なMHD安定プラズマ構成であるPLASMAKプラズモイド（PMK）は、自然現象ボール・ライトニングの目撃証言に繰り返し現れる、一般的に観測される特徴の多くを説明する。PMKモデルは、いくつかの予備的なコメントの後、これらの観測された特徴について提示され、検証される。
稲妻の形成
ボール・ライトニング（球電）とビーズ・ライトニングbead lightning（一般的な稲妻よりも持続時間の長い稲妻で、連続的なチャネルではなく、発光セグメントの列として現れる）の性質とその形成を理解するためには、稲妻理論の適切な拡張を伴う簡単な復習が必要である。
山間部以外のほとんどの地形では、稲妻は負のダートリーダー（雷放電における最初の帰還雷撃と同じ経路を逆方向にたどるストリーマー）から発生し、地面にほぼ伝搬する際に、電荷（電子）を継続的に低下させる狭い伝導路を確立する。初期ストロークの場合、これは一連の比較的短いステップで発生する。枝分かれはしばしば形成されるが、通常はひとつの経路が支配的である。チャネルの先端への電界の収束により、電子がステップリーダーの先端から半径方向外向きに噴射され、それに続いて後続のダートも噴射されるため、空中に電荷のシリンダーが形成される。これらの電子は、酸素分子に付着して減速する前に、２～３デシメートルの距離まで外側に引っ張られる。この減速は、先端と導電チャンネルからの半径方向の距離が長くなることによる電界勾配の減少に関係している。一旦確立されると、電荷シリンダーは中央の電荷供給チャネルをさらなる電界放出損失から保護する。負に帯電した分子は準安定であり、その質量ははるかに大きく、拡散速度ははるかに低いため、稲妻ストロークの残りの間、半径方向外側へのさらなる移動を効果的に抑制する。
雲電位はこのプロセスによって低下し、下降チャンネル下の地上領域における垂直勾配場が急激に増加する。垂直電界が１メートルあたり２～３メガボルトの絶縁破壊電圧に達すると、正のストリーマ（アーク）が地面から上昇し、光速のかなりの割合で下降する導電チャンネルに出会う。
ここからの説明は、稲妻放電の性質と力学に関して現在受け入れられている仮説とは異なる。現在受け入れられている理論では、蓄積された電界エネルギーは、電流路のオーミック加熱と、それに続く稲妻の放電電流による電流路の空気の膨張によって、特徴的な閃光と雷鳴に変換される。残念ながら、これは稲妻の衝撃または音響成分へのエネルギーのほぼ完全な変換（99％）、および閃光または光へのエネルギーの例外的に低い変換（１％未満）を説明するものではない。
さらに、ボール・ライトニングを兵器の開発に利用する研究もあります。
プラズマ兵器に代わるボール・ライトニングの投射
Ball lightning projection as an alternative to plasma weaponry
worldbuilding.stackexchange.com
› 質問 › 143824 ›
質問
プラズマ兵器はSFの定番だが、拡大しすぎるという理由でしばしば反対される。それを封じ込めるために多大な労力を費やすことなく、効果的に目標に届ける方法はないからだ。
これは二つの指向性エネルギー兵器システムについて説明したこの質問から着想を得たものだ。二つ目のシステムは、当初はプラズマと記載されていたが、その後、ボール・ライトニング、シリコン蒸気説と記載が変更されている。
私が最も興味を持っているのは、実際にボール・ライトニングをどのように作成し、投げるのかという点だ。銃は薬室と銃身を使用し、レーザーはレーザー発振媒体とレンズを使用し、レールガンはコンデンサと、まあ、レールを使用している。ボール・ライトニングを発射する歩兵用武器を作る場合、その主な機械部品は何になるだろうか？
返答
私たちは1990年代にそれをやった。
plasmak（ボールライトニング）を発射するレールガンだ。プラズマは電気伝導性があるので、アーマチュアとしてもプロジェクタイルとしても使える。plasmakが物体に衝突して破壊されると、局地的な電磁パルスが放出される。大きな欠点は、大気圏内ではボール・ライトニングが哀れなほど短い距離で崩壊してしまうことだ。しかし宇宙空間では、この種の兵器からもっと立派な射程距離を引き出すことができる。
レールガンを使い、一方のレールを内側の円錐形に、もう一方のレールを外側の円錐形にする。コーンとコーンの間にあるプラズマのドーナツがアーマチュア／発射体として機能する。プラズマが押し出されると、スモークリングと同じように機能するフィールド反転型と呼ばれる安定した（と思われる）構造が形成される。この半安定プラズマ球がボール・ライトニングである。
こちらも参照のこと：
空軍研究所のレールガン式プラズマ兵器 MARAUDER。
ジェネラル・フュージョンのプラズマ・インジェクター（世界最大）も同じタイプの設計を採用している。基本設計を分解したこの論文をぜひチェックしてほしい。彼らの研究ライブラリーは、あらゆる種類のクールなものでいっぱいだ。
これは少し違うが、プラズマ兵器の一種でもある。米陸軍はパルスレーザーを使って空気中にイオン化経路を作り、テスラコイルと組み合わせた。稲妻は空気中の最も抵抗の少ない経路をたどるので、レーザーでターゲットを描き、稲妻で吹き飛ばす！
2019年４月12日
この特殊なケースで放出されるプラズモイドは、ボール・ライトニングとは異なる……マローダーは、プラズモイドを1000km/sの速度で発射した。そのため、プラズモイドが膨張しすぎて弱く拡散したり、電界強度が低くなりすぎて単に破裂したりする前に、遠くの標的に命中させることができた。ボール・ライトニングはより安定しているようだから、同じものではないと思う。
スターフィッシュ・プライム
CommentedApr 12, 2019 at 7:59
@StarfishPrime なるほど。ボール・ライトニングの正体は誰にも分からないと思う。最良の推測は、我々が作ることができたFRCに似た、ある種の自己安定化プラズマ構造であるということだ。しかし、自然界に存在する稲妻の滞空時間は非常に長く、その理由は誰にもわからない。
最適化された閉じ込めコンセプトの工学物理学
The Engineering Physics of an Optimized Confinement Concept
最適化された閉じ込めコンセプトの工学物理学
（Plasmak™構造）
P.M.コロック、J.A.バワリー、R.M.フジイ、C.F.ハリソン
W.D.ジャクソン、A.ローリーIII、R.B.ピットマン
我々は、1973年※1に核融合の実用化可能な最良のコンセプトの発明を開始し、それ以来、コミュニティの主流から少し外れたところからその努力を続けてきた。特許出願では、H.P.ファースとの協議により、共有トポロジーがスフェロマックと再指定された"複合プラズマ構成"を説明した。当初、スフェロマック Spheromak は実験的に硬い導電シェル内に形成された。プラズマ導電シェルは抵抗（リーク）が大きすぎて機能しなかったからである。
我々の継続的な"進行中の作業"は、最終的に PLASMAK™ 構成と名付けられた全プラズマバージョンにつながった。物理的な実施形態は超伝導PMKであり、完全に圧縮可能で不浸透性の導電シェルを持ち、壁の問題とサイクロトロン放射損失を排除している。形成実験を含むこの開発について要約し、PMKの重要な先進的特徴について言及する。
PMKの概念的、そして物理的な形成は、解決するのが非常に困難だった。最終的に、仮説的な解決策として、STPガスブランケット中でプラズモイドを自己発生させるヘリカル入射装置（HIDまたはプラズマガン）が考えられた（ありそうでなかった）。
HIDを改造した後、最初の10連射でプラズモイドが形成された。ガレージ実験はPMKの最初の形成をもって終了し、私たちはブロックハウスと実験施設を建設するための努力を開始した。その作業から得られた証拠の一部をここに掲載する。
私たちの次のステップは、直径～25cm、寿命１～５秒のPMKを製造することである。このようなPMKは、磁化された核融合タールとして、高密度の流体ブランケット中で慣性的にラム降下加熱される可能性がある。
※1：P. M. コロック、「複合プラズマ構成を利用する方法と装置」、米国特許第4,023,065号、1973年８月出願、1977年５月10日発行。
非常にユニークなアプローチ（個体発生が系統発生を再現する）
軸対称性、真空磁場絶縁、高エネルギー電子や相対論的電子からなる超伝導電流など、安定性に必要な本質的特徴を備えているのはPLASMAK™マグネトプラズモイドだけである。高エネルギー電流が効果を発揮するためには、プラズマの真空磁場境界に、これらの電流を自己収束させて閉じ込めるための積層された電場／磁場層が存在しなければならない。これらの表面に超伝導を確立することで、これらの表面を横切る粒子と場の拡散と交換を防ぐことができる。
PLASMAK™マグネトプラズモイド（PMK）の説明
PLASMAK™のトポロジー（位相数学、形態）を物理的に表現したものが３ページに描かれている。トロイダルプラズマ領域（青／赤）には、トロイダル電流（赤矢印）とポロイダル電流（紺矢印）、さらにポロイダル磁場（図示）とトロイダル磁場（図示せず）が存在する。周囲のプラズママントルの内面には方位角表面電流（緑矢印）がある。その間の領域（クリーム色）はポロイダル真空磁場（図示）である。
プラズマ・トーラス内には、入れ子状になったトロイダル電流面が存在する。これらの表面は、外側の表面はポロイダル電流の成分が大きく、内側の表面はトロイダル電流の成分が徐々に大きくなるように剪断されている。これらの表面は超伝導であるため、電流は各トロイドプラズマ表面に凍結される。入れ子になったひとつのトロイダル面を見ると、電流のポロイダル成分はそのトロイダル面内にのみトロイダル磁場を生成し、電流のトロイダル成分はそのトロイダル面の外部にのみポロイダル磁場を生成する。したがって、これらの場が混じり合ったり、電流面を通過したりすることはありえない。
その結果、トロイダル・ネストは非常に強力で力のかからないトポロジー（形態）を生み出す。さらに、それぞれのトロイダル電流表面は、その衝突する直交磁場の下で、石鹸膜のように作用してプラズマの体積を圧縮する張力面を作り出す。表面は入れ子になっているので、圧縮の結果は累積され、その結果、電界／プラズマ電流トポロジーは高い内部エネルギーを持つ。
トロイダル磁場の正味の引っ張り効果は、入れ子になった各トーラスをその長軸方向に圧縮することである。あるいは、それぞれの入れ子になったトロイダルの上に分散し、その中に凍結した隣接するポロイダル電流が引き合うので、それぞれのトロイダルの円周が収縮し、その長径が縮む。
プラズモイドの赤道領域に対するブランケット圧力は、入れ子になった磁場を通して真空ポロイダル磁束に伝達される。累積されたトロイダル磁場による正味の内向きの力は、外部から伝達された力に加わるのでトロイダルホール内の中央のポロイダル磁場領域は、プラズモイドの真空（ポロイダル）磁場内で最も高い平均圧力を持つ。実際、圧力（エネルギー密度）は、外表面からプラズモイドの中心領域まで、どの経路を通っても単調に増加する。これにより、このプラズモイドは一種のスーパーバブル、あるいはスーパーボールとなる。これらの圧力効果が相まって、PMK はプラズモイドの中でも特に強力な存在となっている。このトポロジーの物理的具現化を成功させるためのアプローチが最も重要である。
物理的な形成
基本的に、形成時にはふたつのイベントが同時に起こる必要がある。すなわち、大量の磁気エネルギーの注入と、同時にトポロジーを形成するためのふたつのプロセスの開始である。
最初に、最終的な磁気トポロジーを形成するのに必要なリコネクションを得るために、形成プロセスは抵抗性でなければならない。次に、形成されたPMKを抵抗状態から超伝導状態にするためにプロセスが変化する。この最終プロセスによって、プラズマ電流と磁場のトポロジーがロックされる。一旦ロックされると、この物体は、その完全性を壊すことなく、極めて驚異的な加速や三次元圧縮を行うことができる。
プロメテウスIIはこの方法で何百ものPMKを製造してきた。
物理的形成段階
ワッシャ（環状）ステージ
次に、電気的手段による物理的形成について説明する。
コンデンサーのエネルギーと電流がヘリシティ注入装置"HID"を通して導入され、最初の瞬間、頑丈なピン電極のリングと外側のリング電極の間に、その出力端を横切るプラズマ環状体が生成される。この環状体は、形成されるプラズモイドの初期形態または形状であり、"ワッシャー（座金、洗濯機？）・ステージ" または “環状ステージ"と呼ばれる。
※ヘリシティ注入装置（HID）：プラズマ物理学実験において、プラズマに磁気ヘリシティ（らせん構造）を注入するために使用される装置
同軸ゼーデZede（Z）ステージ
HID（ヘリシティ注入装置）とその仕組みについてさらに詳しく説明する。
外側のリング電極は導電性金属パイプの終端である。ピン電極は、周囲の導電性パイプと同軸の導体の円筒形らせんの終端である。電流が流れると、円筒状のらせんの外側で周囲の導電パイプの内側の空間を満たす方位磁場が存在する。この磁場は、らせん導体に対しては内側に、周囲の伝導円筒に対しては外側に、プラズマ環状体に対しては上側に押し出される。強度、電気絶縁、ガス排除のため、外部導体内の領域は、高誘電性・高張力ガラス繊維複合材で満たされている。
環状プラズマに衝突する軸方向の電界の圧力により、プラズマは上方に膨らみ、同軸の中央プラズマチューブが形成される。このチューブは、ピン電極と、外部電極リングと接続する外部シースのインターセプトポイントとを接続している。プラズマ構造はこの点で軸対称である。軸方向の中心プラズマチューブは、周囲の方位磁場の圧縮によって崩壊したり、つまんだりすることはない。なぜなら、チューブは、電流の流れ始めにらせん状シリンダー内に形成された軸方向磁場の延長を取り囲んでいるからである。同じ意味で、方位磁場はシースの内面に対して外向きの圧力を発生させるため、外側の導体のように剛性がないにもかかわらず、外部のブランケット圧力によってシースが崩壊するのを防ぐことができる。このプラズマ形態は"同軸ゼーデステージ"と呼ばれる。
動的モルフォロジー（形態）
各ローカルプラズマ表面の磁気圧力バランスを動的に調整することで、最終的にロックされた安定したトポロジーが達成されるまで、モルフォロジーの移行が起こる。HID（ヘリシティ注入装置）にも磁気圧力が発生し、この効果は実験的に検証されている。HIDは、外側導体が高張力繊維強化複合材からなるぴったりとしたカラーを備えているため、非常に高い電流に対して頑丈である。
内部ヘリカル導体は、その内部軸方向磁場が、その導体の外部方位磁場が内側に及ぼす圧力とほぼ同じ圧力を外側に及ぼすため、本質的にフォースフリー磁場である。接続する軸方向磁束管は、その小半径を自由に調整して内部と外部の磁束圧力を正確に一致させることができるため、整列させると横方向の平衡状態になる。直径5/8インチの小型HIDは、国立研究所のバンクを使用して４分の１メガジュール、600kAでテストされ、その結果生じる巨大な磁気圧力によって全く損傷しなかった。
ヘリカル（らせん状）ステージ
次のプラズマ形態は、中心軸磁場によって部分的に安定化されているにもかかわらず、直線状に接続されたプラズマチューブがキンクする傾向から生じる。キンク不安定性は、プラズマ柱の小さな曲げ揺らぎが大きくなることに起因する。これは通常 “Ｚピンチ"にとっては致命的である。
この問題は、電流の流れを中断することによって制御され、２マイクロ秒以下しか存在しない。しかし、m=1の不安定性は、我々のPMKの形成に役立っている。電流を流し続けることで、不安定性が即座に始まり、回路エネルギーが捕獲され、電流が消滅するかなくなるまで続く、きつく巻かれたらせんを形成することができる。この形態のひとつの大きな利点は、形成される螺旋が形成プラズモイドまたは負荷インダクタンスを大幅に増加させることである。従って、供給回路の誘導エネルギーは、負荷インダクタンスの増加によって圧倒される。負荷は、もともと蓄積されていた残りのエネルギーの大部分を取り込むことができる。このプラズマ形態は"ヘリカルステージ"と呼ばれる。
以下の写真は、ヘリカルステージで形成されるPMKを示している。
大気圧ではシースは光学的に厚いため、らせん状の中心チャンネルは直接見えない。しかし、周囲のブランケット圧力は、内部オープンらせんの局所的な傾斜方位磁場に対してシースを圧縮し、シース表面はターンの間の領域を横切ってドレープする。P.M.Bellanによる、太陽黒点の一方の極から発生する太陽フレアをシミュレートすることを目的とした近真空チャンバーでの実験では、らせんが形成される様子をよりよく見ることができる。この実験では、電極は馬蹄形磁石の末端であり、曲がった部分の間には絶縁ギャップがある。この模様は、カリフォルニア工科大学のBellanのウェブサイトに掲載される予定である。
合体段階
電流が流れ続けると、らせんの各ループは、隣接するループの同様の方向の電流を引き寄せる（Alexeff, 1995）。その結果、らせんはまず短絡して合体し始め、中間面にリングまたはプラズマ・トーラスを形成する。各ループがトーラスに合体すると、そのプラズマ、電流、軸方向磁場がトーラスに加わる。ループの軸方向磁場がトーラスに合体すると、再びつながってトーラスのトロイダル磁場を形成する。電流が流れている限り、より多くのらせんループが形成されるが、それらは減速しながら形成される。
ループの合体のもう一つの大きな効果は、それらの磁束の合体によって順方向の起電力が発生することである。これが電流を増加の一途をたどる状態に追い込む。生成されると、わずかな追加起電力が、相対論的になるにつれて、各電流電子の速度または質量を効率的に増加させる。この形態は"合体段階"と呼ばれる。最後に、プラズモイドは弛緩し、ヘリカルインジェクターから切り離され、通常のプラズマの熱時間に比べてほぼ永遠にPMKとして存在し続ける。
PMK（に近い）
いくつかの未解決の部分をピックアップすると、らせんが合体するとき、その場のピッチは最初は方位角的であり、その後傾いて"ポロイダル（磁場などが極方向の）" 場になる。ポロイダル成分がシースで増加すると、方位角電流が発生する。この磁束変化は、形成されるトーラスの磁束変化を保存するので、シースの表面シート電流もエネルギッシュで超伝導になる。電流の接続が限りなく薄くなるため、ブランケット圧力がシースを内部のポロイダル場に対して変位させ、HIDとの接続を最初に取り囲んでいたプラズマを除去する。シースは変形し、マントルになる。この形態は “PLASMAK™マグネトプラズモイド" または “PMK"と呼ばれている。
ソリッド・ステート・クロウバー（バール）
形成中、高インダクタンスのヘリカルラインを大電流トーラスに切り替える効用は、マルクス・ジェネレーターで並列コンデンサーを直列コンデンサーに切り替えることに似ている。ある意味、このやり方は"磁気"マルクス・ジェネレーターを構成している。
エネルギー貯蔵回路から最適なエネルギー抽出と暴走電子加速時間を達成するためには、回路を信頼性の高い方法でクローバー回路（交流電源装置の過電圧またはサージ状態によって電源に接続された回路が損傷するのを防ぐために使用される電気回路）を装備しなければならない。大電流固体スイッチのパルスパワー応用への利用は、サンディア国立研究所を含むいくつかのサイトで進行中である。
※マルクス・ジェネレーター：1924年にエルヴィン・オットー・マルクスによって初めて記述された電気回路。その目的は、低電圧の直流電源から高電圧のパルスを生成すること。雷の影響をシミュレートし実証するために、博物館や研究室で一般的に利用されている装置。テスラコイルも高電圧を生成できる装置だが、動作原理が異なり、用途も異なる。
超伝導は良い
シースとマントルにおける超伝導の達成は必須である。そうでなければ、プラズモイドを効果的に加速することができず、急速な経過中により小さな断面により高いエネルギー密度に圧縮し続けるために必要な、伝達された弧状衝撃波反力を形成することができない。他のすべての磁化プラズマとプラズモイドには超伝導壁がないため、超加速に失敗する可能性がある。
抵抗性ライナーから磁束が漏れるという問題は、別の応用、すなわち磁気ターゲット核融合（MTF）にも及んでいる。超伝導は、第一に磁気エネルギーを閉じ込めておくこと、第二に圧縮磁場や加速磁場を排除して効率と効果を高めること、この二つの働きをする。17ページの「超加速」を参照のこと。
現在までの実験プログラム
プロメテウスIIは現在、長寿命の静的大気圏プラズモイドを製造している唯一の存在である。大気中での製造に適したトポロジーを形成するために、我々は内部真空場絶縁プラズマトロイドの導電シェルに空気／プラズマエンベロープを使用することを思いついた。その後、数年にわたり、困難な概念設計プログラムを実施した。大気中での持続性プラズモイドのパルス生成は、解決すべき非常に難しい問題だった。STP大気中で真空磁気絶縁とスフェロマック（磁場閉じ込め方式核融合の一形式）のようなトポロジーを持つPMKを物理的に形成するには、以下の問題をすべて調和的に解決する必要があった：M.N.ローゼンブルース博士によって提案された最初の問題は、マントルのプラズマ電離と伝導性を改善することだった。具体的には
⚫︎エネルギー閉じ込め時間（L/R）を、抵抗性プラズマの典型的なエネルギー閉じ込め時間（普遍的な問題）よりも数桁長くする必要があった。これには高い実効プラズマ温度が必要である。
⚫︎プロメテウスIIは、自己発生プラズモイドを開始し、完全な暴走（高エネルギー）電流を形成するのに十分なヘリシティを注入する不浸透ヘリカル誘導装置（HID）を概念設計し、製作しなければならなかった。これにより、プラズモイドの安定性を高め、寿命を延ばすことができる。
⚫︎内部自己フォーカス機構を持つプラズモイドを生成するには、高エネルギー電流をプラズマ構造と真空境界内に閉じ込め、あるいは再フォーカスさせる必要があった。
卓上実験が成功した後、私たちは地域の条例、環境、安全要件をすべて遵守した硬化施設を設計、建設した。施設、実験コンポーネント、診断機器・装置が入手され、形成室と制御室内に統合された、プロメテウスIIは、マグネトプラズモイドの形成と特性評価のプログラムを実施した。
実験結果のまとめ
我々のパルスで生成された大気圧PMKは、我々が知る限り、実験的に生成された他のどの大気圧プラズモイドよりも、極めて長寿命、高耐久性、高内部エネルギーであることに大きな自信を持っている。例えば、プレイオナイザーパルスから20ジュールの入力で直径１cmのPMKの生成に成功した。これらは１ミリ秒から３ミリ秒持続し、その後、膨張する朧げな双腕プラズマの中で消滅した。直径１cmから18cmのPMKが、複数年にわたる実験プログラムを通じて生成された。
驚きの実験結果は、我々の理論的理解とPLASMAK™構成のトポロジカルモデルを改善するために使われた。また、PMKをより効果的に生成、封じ込め、操作する方法を改善することもできた。例えば、時折PMKが爆発的に減衰したとき、我々は貴重な機器を失った。PMKのEMPバーストのエネルギーを弱め、爆発的終息の発生率を下げる方法を学ぶまで、貴重な機器を失った。ある国立研究所と協力し、私たちの施設で実験を行った際、私たちのHID設計のひとつは、クリーンな"ショット"を行うには十分な強度がないと判断した。改良型は、10倍のエネルギーと20倍または30倍の出力で第２ラウンドの実験に使用された。
Ｘ線放出データと熱量測定
プロメテウスIIは、崩壊プラズモイドからの20～150keVのＸ線放射の存在を測定した。これは高エネルギー電流の存在を証明するものである。PMKを破壊すると、フレーム時間が破壊の開始と一致する場合、高密度の相対論的電子ビーム電流および高エネルギーのイオンシート電流が発生する可能性がある。鉛ターゲットのビーム遮断は、下図のようなマルチチャンネルＸ線分析器に登録される特徴的なＸ線スペクトルエネルギーを生成する。Ｘ線エネルギーの分布は、大気減衰の調整を条件として、破壊時の公称高エネルギー電子エネルギー値を示す。リソースが許せば、プロメテウスIIは、より大きなサイズのプラズモイドを扱えるようにプラズモイド熱量計を再構築し、ガスパフ（核融合炉やプラズマ物理学において、プラズマ全体の密度を高めるため、またはプラズマ形成前に真空容器を予め充填するために用いられる技術）を用いた熱量計チャンバーへのPMKの誘導、または磁気ワンドを用いたパルス化によって、PMKのエネルギー含有量を測定する。ここで、Ｂは極から赤道までのマントルの地下ポロイダル磁場であり、Ｂ磁場は５キロガウスである。
崩壊の瞬間
弱い外部磁場
フリーフローティングPMK
窒素蛍光のような視覚的証拠は、局所的な位置から発せられる低レベルの高エネルギー電子ビームの存在を確認する。これらのビーム電子は、衝突によって生成されたノックオン電子（デルタ線とも呼ばれる。アルファ粒子やその他の高速高エネルギー荷電粒子などの荷電粒子が、軌道を周回する電子を原子から弾き出す際に生成される二次電子）である。流出電子は、プラズモイドを取り囲む弱い迷走磁場のために曲がるビーム経路を形成する。
マントル内縁部の熱電子とのビーム電流の衝突率は、マントルから放出されるノックオンビーム電流（アンペア数）に比例する。このビーム電流は、ビームを取り囲むように配置された多回転光ファイバーループ内で誘導される偏光レーザー光の回転に対する電流の誘導効果を利用して測定することが可能である。これと同じ手法が、周囲のブランケットでゆっくりと時間変化する外部（浮遊ポロイダル）磁場の測定にも適用される。これは、シースが抵抗性であった形成初期に拡散によって生じた残留磁場である。
PMKは、ブローオフプラズマ（部分的にフレームから外れている）の外に漂いながら、その自然なダイバータ作用により極放射を噴出している。
PMKの窒素蛍光は小角度によるものである。
真空場プラズマ界面での高エネルギーマントル電流の散乱と、収縮したブローオフプラズマの空気グロー（低照度レベル）
HIDがPMKsを起動
時折、形成プラズモイドを反発させる残留形成電流の誘導効果により、加速あるいはジャーク（d<加速>/dt）が誘発される。形成プラスミドが超伝導になるにつれて、継続電流によって生成されたあらゆる浸透磁場が押し出され、急激な反力や反射運動が生成される。ここでは、気泡の薄い弧状衝撃波が明るい閃光を発生させ、内部の飛翔するプラズモイドを見えなくする。プラズモイドは秒速約50kmの上昇速度に達している。これは、急激な一次元加速の効果が無効化されないことを示している。反射運動は数センチかそれ以下の間だけ加えられた。
次のステップの実験プログラム
次の実験的努力は、実質的により高いエネルギー（大気中のSTPで直径25cm）で、静的寿命が１～５秒のPMKを形成することである。キャパシタ貯蔵バンクは10～16kVで運転され、大型のソリッドステート・クロウバーを使用することで、より長く信頼性の高い逃走電子加速時間を実現する。
超加速
強化型PMKを生成する実験的パルス形成ネットワークの説明
現在あるパルス形成ネットワーク（PFN）には、定格20kVの500マイクロファラッドバンクと、定格22.5キロボルトの高エネルギー密度セクションがある。強化されたPMKを生成するため、バンク（同時に作動できるように並べたスイッチまたは端子）は最大定格電圧の85％まで動作させる。高エネルギー密度セクションの"電流対時間"に対する追加の制限は、各コンデンサーからの電流が最大50キロアンペアを超えないように制限されることである。
さらに、これらのコンデンサーはそれぞれ、ヒューズ（ピーク電流を制限するため）と抵抗器（ヒューズが主放電電流を遮断した場合に蓄積エネルギーを吸収するため）の両方と並列に取り付けられる。抵抗器は誘導的に巻かれ、安全係数３でエネルギー吸収を処理するのに十分なエネルギー定格を持つ。すべてのエネルギー貯蔵コンデンサーは、パルス形成 LiCjネットワークとレールギャップスイッチを通して放電する。電流は、フロントエンドコンデンサーの放電後、わずかに遅れてHIDに供給される。高速フロントエンドコンデンサは、同軸スパークギャップスイッチに直接供給され、同軸HIDに好ましい速い立ち上がり時間の電流を生成する。
電流がピーク値に達すると、大型半導体バールが発火し、電流放電によるエネルギー貯蔵コンデンサへの再充電を防ぎ、形成プラズモイドを流れる電流の流れを延長する。これにより、逃走電流が相対論的な値に達し、それを超えるようになる。また、形成プラズモイドがプラズモイド内に蓄積された磁気エネルギーを効率的に取り込み、完全に形成されたPMKの所望のサイズを提供できるようになる。このPFNを使用することで、プロメテウスIIは約25cmの大きさで、寿命が１～５秒のPMKを生成する。
核融合の革新的な閉じ込めエンジンとしてのPMK
サッカーボールやバスケットボールの大きさで、寿命が長く（約１～５秒）、圧縮性が高く、効率よく加速可能で、内部エネルギーが高いマグネトプラズモイドの生成を期待している。核融合可能な燃料で形成されれば、PMKはホウ素燃焼室内で機械的流体圧縮加熱が可能なMTFターゲットとして理想的である。このシステムはコンパクトでシンプル、かつ効率的であるため、60ヘルツでのサイクル運転が可能である。中性子的に加熱された圧縮ブランケットを誘導MHD発電機を通して直接注入すれば、非常に高い効率で電力を生み出すことができる。PLASMAK™核融合システムの詳細については、Koloc Skunkworkの論文※を参照されたい。
参考文献
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M. N. Bussac, H. P. Furth, et al., “トロイダル型原子炉の低アスペクト比限界： スフェロマックLow-Aspect Ratio Limit of the Toroidal Reactor: The Spheromak," IAEA CN-37, Innsbruck, 1978.
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P. M. Koloc, “複合プラズマ構成を利用する方法と装置Method and Apparatus for Utilizing a Compound Plasma Configuration,” U.S. Patent No. 4,023,065, filed August 1973, issued 10 May 1977.
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注：P.M.コロックの1999年、1996年、1989年の論文のコピーは下記で見ることができる：
http://www.prometheus2.net/
http://www.neoteric-research.org/
「PLASMAK™」はPrometheus II, Ltd.の商標である。
著作権所有；すべての権利は2002年 Prometheus II, Ltd.に帰属します。
──おわり
PLASMAK™について
※この論文の最後の「PLASMAK™核融合システムの詳細については、Koloc Skunkworkの論文※を参照されたい」について、調べてみても見つからなかったので、copilotに聞いてみました。
「Koloc Skunkwork paper for additional information on the PLASMAK™ fusion system」は、コロックのPLASMAK™核融合システムに関する追加情報を提供する論文や技術文書を指している可能性があります。Skunkworksという言葉は、通常、企業や研究機関内で秘密裏に進められる革新的なプロジェクトを指します。そのため、この「Skunkwork paper」は、PLASMAK™の閉じ込め技術や核融合の実現可能性について、より詳細な技術的検討を行った非公開または限定的な研究資料である可能性があります。
コロックのPLASMAK™に関する研究は、従来の磁気閉じ込め方式とは異なるアプローチを採用しており、自己組織化するプラズマ構造を活用して安定した閉じ込めを実現しようとしています。もしこの「Skunkwork paper」の具体的な内容を知りたい場合は、コロックの関連論文や技術報告を探すと、より詳しい情報が得られるかもしれません。
関連する研究として、SpringerLinkに掲載されている「Fusion Implications of Free-Floating Plasmak™ Magnetoplasmoids」（以下に訳出）などが参考になるかもしれません。この論文では、PLASMAK™の閉じ込め技術とその核融合への応用について議論されています。
自由浮遊PLASMAK™マグネトプラズモイドの核融合への影響
Fusion Implications of Free-Floating PlasmakTM Magnetoplasmoids
自由浮遊PLASMAK™マグネトプラズモイドの核融合への影響
要約
プラズマ閉じ込めスキームは、進化の傾向を通じて関連していると考えられる。ミラーマシンは、閉じた磁気トローイダル幾何学に置き換えられた開いた磁気幾何学を表している。さらに、これらのトロイダル幾何学は、コイル電流（ステラレーター）からプラズマ電流（トカマク）への転移によって進化した。ステラレーターは本質的にプラズマ電流を持たないのに対し、トカマク（図１のITERで表される）は主要なトローイダル電流を有する。スフェロマックはさらに進歩し、トカマクのトーラスの磁場コイルのポロイダル電流の重要な部分をプラズマ電流として成功裏に組み込んでいる。
最後までお読みいただき、ありがとうございました。