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__NOTOC__

This web site and its articles doesn't replace the presentation given by the wikipedia.
It's a project focusing on the z-machine and related science, (future insights, prospective), that could be expected for a such machine. Its main objective is to collect and order the maximum contents on the z-machine.

We are given great importance to the content published, but as for scientific research, part of the informations given there could be considered as speculative and needing works to be confirmed.

==News | Nouveautés==

* [[Z-pinch]] (article)
* [[Accueil|Z-machine generalities]] (this page)

==Description==

[[Image:Zmachine.jpg|thumb|right|400px|{{en}} The Z machine at Sandia National Laboratory. Due to the extremely [[:en:high voltage|high voltage]], the power feeding equipment is submerged in concentric chambers of 540,000 US gallons (2,000 m³) of transformer oil and 600,000 US gallons (2,300 m³) of deionized water, which act as [[:en:insulator|insulator]]s. Nevertheless, the [[:en:electromagnetic pulse|electromagnetic pulse]] when the machine is discharged causes impressive lightning, referred to as "arcs and sparks" or "flashover", which can be seen around many of the metallic objects in the room. Courtesy, Sandia National Laboratories 
{{fr}} La Z machine dans les [[:fr:Laboratoires Sandia|Laboratoires Sandia]] d'[[:fr:Albuquerque|Albuquerque]]. En raison des tensions et des intensités extrêmement élevées utilisées, l'impulsion électrique créée lors de chaque expérience provoque des [[:fr:arc électrique|arcs électriques]] impressionnants, visibles autour des nombreux objets métalliques de la salle. ''Photo : Sandia National Laboratories, publiée avec leur aimable autorisation''.]] [[Image:Flag-en-ss.gif]] The '''Z machine''' is the largest [[:en:X-ray|X-ray]] generator in the world and is designed to test materials in conditions of extreme temperature and pressure. It is operated by [[:en:SAndia National Laboratories|Sandia National Laboratories]] to gather data to aid in [[:en:computer modeling|computer modeling]] of [[:en:nuclear weapons|nuclear weapons]]. The Z machine is located at Sandia's main site in [[:en:Albuquerque|Albuquerque]], [[:en:New Mexico|New Mexico]].

{{fr}} La '''Z machine''' est le plus puissant générateur de [[:fr:rayons X|rayons X]] au monde. Elle est implantée dans les locaux du site principal des [[:fr:Laboratoires Sandia|Laboratoires Sandia]] à [[:fr:Albuquerque|Albuquerque]] au [[:fr:Nouveau Mexique|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 [[:fr:simulation informatique|simulation informatique]] des [[:fr:arme nucléaire|armes nucléaires]].

Elle a également permis, grâce à des expérimentations récentes, d'ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de l'[[:fr:fusion nucléaire|énergie de fusion]].

==Principles | Principes==
{{en}} The machine operates by releasing an electrical pulse and associated [[magnetic field]]. The energy from a 20-million-[[ampere]] electrical discharge vaporizes an array of thin [[tungsten]] wires and a powerful magnetic field crushes the ensuing [[Plasma (physics)|plasma]]. The collapsing plasma produces X-rays which create a [[shock wave]] that bears on the material being tested. The powerful fluctuation in the magnetic field (or "[[electromagnetic pulse]]") also generates electric current in all of the metallic objects in the room (see picture at right).

It gets its name because current travels vertically into the target, which is conventionally the ''z'' axis (''x'' and ''y'' being horizontal, see [[Z-pinch]]).

Originally designed to supply 50 [[terawatt]]s of power in one fast pulse, technological advances allowed this to increase to 290 terawatts, enough to study [[nuclear fusion]]. Z releases 80 times the world's electrical power usage for a few trillionths of a second. However, only a small amount of electricity is consumed for each test (equal to the usage of 100 houses for two minutes). [[Marx generator]]s are slowly charged with energy prior to firing.

Sandia announced the fusing of [[deuterium]] in the Z machine on [[April 7]], [[2003]]. A 60 million dollar refurbishment program was announced in [[2004]] that will raise the power output to 350 terawatts. The X-ray output will be 2.7 [[megajoule]]s.

The Z Machine is now able to propel small plates at 34 kilometers a second, faster than the 30 kilometers per second that Earth travels in its orbit around the [[Sun]], and three times [[escape velocity|Earth's escape velocity]].

In 2006, the Z Machine produced plasmas with temperatures in excess of 2 [[Kelvin|GK]] (109 K) or 3.6 billion [[Fahrenheit|oF]]. This temperature, corresponding to a 10 to 15% efficiency in converting electrical energy to soft x-rays, was much higher than anticipated. It is theorized that small-scale turbulence and viscous damping are converting magnetic energy into thermal energy of the ions, which then transfer their energy to the electrons through collisions.

{{fr}} 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]]s) est envoyé à travers les fils, ce qui provoque la vaporisation quasi instantanée de chacun d'eux, donnant ainsi naissance à un tube cylindrique de [[plasma]].
* Le courant électrique, qui continue à augmenter, passe dès lors dans le tube de plasma conducteur; le [[champ magnétique]] associé soumet le plasma à des [[force de Laplace|forces de Laplace]] qui entraînent par pincement sa contraction violente en un cylindre uniforme; l'instabilité potentielle du tube due à un pincement irrégulier est limitée par divers paramètres, dont la brièveté des décharges électriques et une configuration optimale des fils.
* Lors de la 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]]), 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.

== Historic | Historique ==

{{fr}}

* 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]] (200x1012 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 millions 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 0,16mm (160 [[micromètre]]s) en 7 nanosecondes (7x10-9 s).

* Le 8 mars [[2006]], Sandia annonce dans un [http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/2006/physics-astron/hottest-z-output.html communiqué officiel] 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.

== Future insights | Perspectives ==

{{fr}} Dans des expériences récentes ([[2005]]) dont les résultats ont été rendus publics par 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 la production de plasmas de températures supérieures à 2 milliards de degrés (2x109). 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 107 à 108 degrés), et même proches de celles des [[supernova|supernovæ]] (de l'ordre de 1010 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]]:

C'est 100 fois la température du coeur de soleil, et 4 fois plus que la température générée par une bombe H. Pour rappel :
* Fusion Deutérium-Tritium = 100 millions de degrés
* Fusion Lithium-Hydrogène = 500 millions de degrés
* Fusion Bore-Hydrogène = 1 milliard de degrés
Ces 2 derniers type de fusion sont complètement propre (produisent de l'Hélium), et utilisent des éléments très abondants sur Terre.

Ces deux réactions présentent l'avantage d'être réellement propres, dans la mesure où elles ne produisent ni [[neutron]]s ni 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, une seule tentative d'explication ayant été publiée jusqu'à présent.

Le Professeur Malcolm Haines, chercheur en [[physique des plasmas]] à l'[[Imperial College]] de [[Londres]] et conseiller scientifique de Sandia, a fourni une explication théorique<ref>On pourra trouver le texte complet de la théorie de Malcolm Haines [http://www.jp-petit.com/science/Z-machine/article.pdf ici]</ref> mettant en avant l'apparition possible, lors de la phase finale de la constriction et sous l'effet du champ magnétique, d'une myriade de micro-turbulences au sein du plasma; l'[[énergie cinétique]] de ces micro-turbulences serait transférée aux ions, augmentant ainsi la température du plasma, puis aux électrons, qui la libéreraient en émettant des rayons X.

=== [[Creation d'une centrale à fusion]] ===

== Wiki Links | Liens Wiki ==

* [[:en:Sandia National Laboratories|Sandia National Laboratories]] | [[:fr:Laboratoires Sandia|Laboratoires Sandia]]
* [[:en:Fusion power|Fusion power]] | [[:fr:Fusion nucléaire|Fusion nucléaire]]
* [[:fr:Magnétohydrodynamique|Magnétohydrodynamique]]
* [[:fr:Générateur de Marx|Générateur de Marx]]
* [[:en:Pused power|Pulsed power]] | [[:fr:Hautes puissances pulsées|Hautes puissances pulsées]]
* [[:en:Stockpile stewardship|Stockpile stewardship]]

==External Links | Liens externes==

=== Similar experiments | Expériences similaires ===

{{en}} Installations similar to the z-machine exists in other countries 
{{fr}} des installations similaires à la z-machine existent dans d'autres pays:

* (us) 20.0 MA in 0,1 µs : Z-MACHINE (Sandia Nat. Lab.)
* (fr) 4.5 MA in 600-800 ns : SPHINX generator (DGA, Centre d'Essais de Gramat) [http://megagaussx.physik.hu-berlin.de/Proceedings/pdf/27.pdf Description du générateur SPHINX] dans une communication à la Xème Conférence Megagauss.
* (en) 1.4 MA :[http://dorland.pp.ph.ic.ac.uk/magpie/experiments/Generator.html MAGPIE] (Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments) from the Imperial College at London is used to study wire array Z pinch implosions
* (us) .5-1 MA : COBRA Pulsed Power Generator (Cornell University)
* (pl?) PF-1000
* (us) 20 KA : MZP#4 Marx X-Pinch (University of Michigan)
* (ru) GIT-12 - Institut d'Électronique des Courants Forts à Tomsk. 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]
* (cn) QIANGGUANG-I du NINT (Northwest Institute of Nuclear Technology), proche de Xi'an (Shaanxi) 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.

=== Scientific articles | Articles scientifiques et de vulgarisation ===

* {{fr}} [http://www.jp-petit.com/science/Z-machine/z_machine2.htm 2006-05- Une analyse de la Z-Machine par Jean-Pierre Petit]

=== Press | Presse ===

* {{fr}} [http://www.futura-sciences.com/news-z-machine-depasse-deux-milliards-degres_8419.php 2006-03-09 : La z-machine dépasse les deux milliards de degrés ! (''futura-sciences'')]
* {{en}} [http://www.aip.org/pnu/2006/split/767-3.html 2006-02-28 : America's Hottest Lab (''Physics News Update'')]
* {{en}} [http://www.aip.org/pnu/2004/split/702-1.html 2004-09-26 : Twenty Million Amps of Current (''Physics News Update'')]
* {{en}} [http://www.aip.org/pnu/2003/split/632-1.html 2003-04-09 : First Fusion at the Z Machine (''Physics News Update'')]
* {{en}} [http://observer.guardian.co.uk/life/story/0,6903,416412,00.html 2000-12-31 : A machine called Z (''The Guardian'')]
* {{en}} [http://www.sandia.gov/media/z290.htm 1998-03-02 : Another dramatic climb toward fusion conditions for Sandia Z accelerator (''Sandia Laboratories'')] Annonce par le laboratoire Sandia du franchissement du palier des 1,6 millions de degrés
* {{fr}} [http://www.pescadoo.net/malc/art-6.htm 1998-10-01 : Fusion nucléaire et striction axiale (''Pour la science n°252'')]

=== Scientific Publication | Publication scientifique ===

See [[Scientific Publication]]

=== Conferences ===

See [[Conferences]]

=== Forums ===

* {{fr}} [http://forums.futura-sciences.com/thread69150.html futura-sciences]
* {{fr}} [http://www.agoravox.fr/article.php3?id_article=10680 2 milliards de degrés : l’humanité découvre le feu absolu et tout le monde s’en fout] | [http://www.agoravox.fr/tous_commentaires_article.php3?id_article=10680 forum associé]

=== Listes de diffusion ===

=== Laboratoires sandia ===
* {{en}} [http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/2006/physics-astron/hottest-z-output.html 2006-03-08 : Sandia’s Z machine exceeds two billion degrees Kelvin]
* {{en}} [http://zpinch.sandia.gov/ Zpinch Home Page: Extranet de suivi des "tirs" de la Z-Machine]
* {{en}} [http://www.sandia.gov/LabNews/051209.html#three 2005-12-?? : Z-Machine's 20th anniversary ]

[[Category:Dispositif à fusion thermo-nucléaire]]
[[Category:Nuclear research centers]]
[[Category:Fusion power]]
[[Category:Fusion reactors]]
[[Category:Nuclear stockpile stewardship]]

{{fusion power}}
{{Énergie de fusion}}

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Z-machine - Revision history

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