たぶんトロン

ヘイバトロンは、 1950年代にピンチコンセプトに基づいて開発された初期の核融合発電装置です。ロスアラモス国立研究所（LANL）で働いていたジェームズ（ジム）タックによって考案され、この装置が核融合反応を起こす可能性があるという偶然から、彼は気まぐれにこの装置に名前を付けました。^[1]

最初の例は 1952/53 年の冬に製造され、すぐにピンチ コンセプトを悩ませていたプラズマの一連の不安定性が明らかになりました。これらの問題を修正するために一連の変更が行われ、最終的に「S-4」モデルが完成しました。これらの変更はどれも実を結びませんでした。

ロスアラモス国立研究所の科学者たちは核融合を研究してきた長い歴史があり、1946年までに定常プラズマを「点火」して正味エネルギーを放出するには1億度（華氏1億8千万度）まで加熱する必要があると計算していた。^[2]これは核爆弾製造会社にとって極めて重要な関心事であり、必要な温度を提供するために小型の原子爆弾「トリガー」が使用されていた。

そのエネルギーをより小規模な工業規模で捕らえるのは容易ではない。なぜなら、その温度のプラズマはどんな物理的な容器も溶かしてしまうからだ。プラズマは導電性があるので、磁気的に閉じ込められることは明らかだったが、磁場の適切な配置は明らかではなかった。エンリコ・フェルミは、単純なトロイドでは燃料が「ボトル」から流れ出ると指摘した。 ^[3]いくつかの配置が研究され、特に1950年頃に開発された ステラレータが注目された。

代替アプローチは、英国で開発された「ピンチ」コンセプトでした。^[3]磁気ボトルアプローチとは異なり、ピンチデバイスでは、必要な磁場はプラズマ自体によって生成されます。プラズマは導電性であるため、プラズマに電流を流すと、誘導磁場が生成されます。この磁場は、ローレンツ力を通じて、導体を圧縮する働きをします。プラズマの場合、力はそれを細いフィラメントに崩壊させ、「ピンチ」します。電流が非常に大きくなければならなかったため、ピンチデバイスはプラズマを長時間閉じ込めようとはしませんでした。迅速に核融合状態に到達し、その結果生じる高温の生成物から電力を抽出しようとしました。

ピンチ技術は、直線型と環状型の両方のピンチ装置を研究したジョージ・パジェット・トムソンとモーゼス・ブラックマンによって1946年に特許取得された。ジム・タックは、1947年1月にハーウェルの原子力研究所で開かれた会議で初めてこれらの概念を紹介された。^{[4] [5]}タックはトムソンとブラックマンの研究を研究し、核融合状態には到達しないが、それでも実験システムとしては興味深いという結論に達した。オックスフォード大学のクラレンドン研究所で働きながら、彼は実験装置の資金を調達し、組み立てを始めた。それが完成する前に、彼はシカゴ大学（イリノイ州）からの仕事のオファーを受けて米国に誘われた。^[5]

英国の他のチームも努力を続けた。トムソンは自身の構想をスタンリー・W・カズンズとアラン・アルフレッド・ウェア（1924-2010 ^[6]）に伝え、彼らは古いレーダー装置を使って線形ピンチ装置を組み立て、1947年に運用を開始した。その後の実験では、大量のコンデンサーを使ってエネルギーを蓄え、短いチューブに巻き付けられたソレノイドを通してプラズマに素早く放出した。これらの実験では、プラズマが圧縮または加熱されて必要な核融合条件に達するずっと前に、プラズマが分裂してチューブの壁に衝突する原因となる動的不安定性が数多く実証された。^[3]

タック氏はシカゴでしばらく過ごした後、ロスアラモスに雇われて「スーパー」プロジェクト（水素爆弾）に携わり、^[5]重水素-三重水素核融合反応の核断面積を計算する任務を与えられた。この仕事は彼の核融合発電への興味を刺激し続け、1951年を通してこの問題について考え続けた。^[7]

ロスアラモスで、タックは米国の研究者に英国の取り組みを紹介した。この時点で、ライマン・スピッツァーはステラレータのコンセプトを発表し、エネルギー業界にそのアイデアを語り、資金を求めていた。1951年、タックは米国原子力委員会(AEC) にアプローチして、設計資金を調達した。タックはスピッツァーの熱意に懐疑的で、彼の積極的な開発計画は「信じられないほど野心的」だと感じていた。^[8]タックは、ピンチを前提とした、はるかに積極的ではない計画を提案した。2人は1951年5月にワシントンDCでアイデアを発表した。7月、スピッツァーは5万ドルを受け取り、タックは資金なしで帰された。^[8]負けじと、タックはロスアラモスのディレクター、ノリス・ブラッドベリーを説得して、裁量予算から5万ドルを受け取った。 ^[3]

このコンセプトが最初の試みでうまくいくかどうかまだ確信が持てなかったタック氏は、スタニスワフ・ウラム氏の意見を取り入れて、このアプローチを「ヘイバトロン」と名付けた。^{[7] [9]}タック氏は小さなチームを編成し、かき集めた部品と予算を使って、1952年から1953年にかけて最初の「ヘイバトロン」を製作した。^{[3]ヘイバトロンは、地元のガラス工場で作られたトロイダル管を使用していた。トロイダル管の中央には}変圧器の大きな鉄心があり、これを使ってガスに電流を誘導した。

ヘイバトロンはすぐにイギリスの実験と同じ問題を示した。どれだけゆっくりと電流を加えても、臨界点に達すると不安定性が発生した。1954年、マーティン・デイヴィッド・クラスカルとマーティン・シュワルツシルトはこの問題に関する批判的な論文を発表し、すべてのZピンチ装置は本質的に不安定であると示唆した。^[10]タックは、チューブに沿って縦方向に走る2番目の安定した磁場を追加することを提案し、これを「プラズマにバックボーンを追加する」と呼んだ。これらの概念のバリエーションをテストするために、ヘイバトロンにいくつかの改造が行われたが、どれも実りあるものにはならなかった。^[11]

ヘイバトロンの失敗に続いて、他のピンチ装置も失敗に終わった。ロスアラモスの別のチームは、磁場の代わりに電場を使用するコロンバスと呼ばれる別の高速ピンチ装置に取り組んでおり、同じ結果を生み出していた。一方、英国のはるかに大型のゼータ装置も、核融合に成功したと大々的に発表した後、失敗に終わった。1961年までにZピンチ装置の研究はほぼ終了したが、関連するシータピンチの概念に関する研究は継続された。^[11]

タック氏はピンチコンセプトにこだわることはなく、他のコンセプトにも多大な労力を費やしたため、ロスアラモス内では彼の焦点の定まっていない仕事について冗談を言われるほどだった。^[12]長年にわたり、彼はピケットフェンスリアクター、新しいピンチコンセプト、主流の装置に関する研究など、他のいくつかのコンセプトの開発を主導した。