Requisitos
- Uma câmara de vácuo, de preferência em forma esférica.
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Uma bomba de vácuo de desbaste capaz de atingir pelo menos 75 mícrons de vácuo.
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Uma bomba secundária de alto vácuo, seja uma turbobomba ou uma bomba de difusão de óleo.
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Uma fonte de alimentação de alta tensão, preferencialmente capaz de pelo menos 40kv 10ma – Deve ser de polaridade negativa
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Uma ponta de prova divisora de alta tensão para uso com um multímetro digital.
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Um medidor de vácuo termopar ou baratron (de escala apropriada).
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Um detector de radiação de nêutrons, um tubo proporcional de He-3 ou BF3 com instrumentação de contagem ou um dosímetro de bolhas.
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Um contador Geiger, preferencialmente do tipo cintilador, para detecção e segurança de raios-X.
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Gás deutério (pode ser adquirido como gás ou extraído do D20 por eletrólise – é muito mais fácil e eficaz usar gás comprimido).
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Um grande resistor de lastro na faixa de 50-100k e pelo menos um pé de comprimento.
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Uma câmera e tela de TV para visualização do interior do reator.
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Chumbo para proteger a janela de visualização da câmera.
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Ferramentas gerais de engenharia, uma oficina mecânica, se possível (embora 90% das minhas tenham sido construídas com nada além de uma dremel e uma furadeira sem fio, a única coisa que você realmente não pode construir sem uma oficina é a construção da câmara de vácuo).
Passo 1: Monte a câmara de vácuo
Uma câmara de alto vácuo de qualidade é necessária para o funcionamento do fusor. Às vezes, uma câmara apropriada pode ser encontrada no eBay, mas geralmente é melhor fazer uma. As peças podem ser obtidas por várias centenas de dólares ou compradas novas por mais de $ 500.
Obtenha dois hemisférios de aço inoxidável, compre dois flanges conflat correspondentes (flanges de 8″ no meu caso), faça furos para flanges acessórios e, em seguida, solde tudo com TIG. Flanges são tipicamente do estilo KF ou conflat. Conflat são os flanges com parafusos e KF (kwikflange) são vistos como aqueles com apenas braçadeiras segurando um o-ring na superfície de contato. Solde apenas no interior, nunca no exterior (uma vez que vazamentos virtuais podem ser formados se tanto dentro quanto fora são soldados) Se você nunca soldou TIG antes, seria sensato ter alguém com experiência para fazê-lo, pois as soldas devem ser perfeitas, sem orifícios do tamanho de pinos ou áreas porosas para manter o vácuo.
Após a usinagem, limpe completamente a câmara e evite deixar impressões digitais, pois elas serão liberadas, o que significa que, à pressão do vácuo, as moléculas no óleo das impressões digitais ou do óleo de usinagem se tornarão vapor e dificultarão a manutenção da estabilidade do plasma ou o alcance de um bom vácuo final nível.
Etapa 2: preparar a bomba de alto vácuo
Instale a bomba de difusão de óleo (ou bomba turbo se você tiver um pouco de sorte ou um orçamento maior). Encha a bomba com óleo de bomba de difusão de qualidade até o nível de enchimento sugerido pela documentação da bomba, conecte a entrada a uma válvula que se conecta à câmara (consulte o diagrama) e conecte a saída a uma bomba de apoio mecânica capaz de atingir pelo menos cerca de 75 mícrons (mais alto e a bomba de difusão não funcionará corretamente ou o óleo irá oxidar rapidamente).
Certifique-se de que a bomba esteja suficientemente resfriada, muitas bombas de difusão de óleo requerem resfriamento a água, as menores podem funcionar com um fluxo de ar decente.
Uma vez que isso é montado. ligue a bomba mecânica e espere que o vácuo atinja pelo menos 75 mícrons. Em seguida, você pode testar a bomba de alto vácuo ligando a caldeira na bomba de difusão. Depois de aquecer (pode demorar um pouco), o vácuo deve cair rapidamente abaixo da faixa de um único mícron.
Etapa 3: Construa a grade interna
A grade interna (onde a alta tensão é aplicada) deve agora ser construída e conectada a uma passagem de alta tensão.
É melhor usar um metal como o tungstênio para os fios da grade, pois tem um ponto de fusão muito alto e a grade ficará extremamente quente durante execuções de alta potência.
Isso pode ser construído da maneira que você desejar, desde que se assemelhe a uma forma esférica de aproximadamente 1 a 1,5 polegadas de diâmetro (para uma câmara de 6 a 8 polegadas), deve funcionar bem.
A grade deve ser conectada internamente a uma passagem elétrica. Essa passagem precisa ser classificada para a tensão do cátodo que será usada, normalmente 40kv é uma boa tensão alvo.
O gás deutério é usado como combustível para este reator de fusão. Você precisará comprar um tanque desse gás (a menos que deseje fazer eletrólise em água pesada, esse processo não será documentado aqui, mas nada mais do que um pequeno aparato Hoffman é necessário – gás de maior pureza pode ser obtido de um tanque comprimido).
Conecte um regulador de alta pressão diretamente ao tanque, adicione uma válvula de agulha de medição extremamente fina depois disso (ou um orifício perfurado a laser na faixa de 5 mícrons) e, em seguida, conecte-o à câmara. Uma válvula de esfera também pode ser instalada entre o regulador e a válvula de agulha, pois as válvulas de agulha não são válvulas de fechamento.
Se você puder comprar uma fonte de alimentação (ocasionalmente, mas não comumente encontrada em excesso) apropriada para uso de fusão, a alta tensão se torna muito simples. Simplesmente pegue a saída da fonte negativa de 40kv e conecte-a à câmara com um resistor de lastro fisicamente grande de alta tensão de 50-100k ohm em série (grande o suficiente para que seu comprimento não falhe se 40kv for aplicado a ele em uma execução de plasma -afastamento ou descarga de arco).
A dificuldade é que muitas vezes é difícil, se não impossível, encontrar uma fonte DC apropriada totalmente montada desse nível de tensão que seja acessível ao escultor amador.
Se for uma fonte de alimentação totalmente montada (normalmente fabricada por Glassman ou Spellman), há algumas opções: -Encontre um transformador de raios-X e, se necessário, inverta os retificadores para polaridade negativa ou adicione retificadores se não tiver nenhum (um núcleo de transformador de raios-X não terá retificadores, provavelmente terá se estiver em seu tanque de óleo) -Bulld uma fonte de alimentação de ferrite de comutação de alta frequência. Foi o que eu fiz, porém requer um pouco de experiência em EE, pois vários aspectos devem ser ressonantes e se ele for desafinado, os transistores queimarão. Provavelmente não é a melhor opção para pessoas com pouco conhecimento elétrico.
R A prova de fusão (e uma análise quantitativa de quanta fusão) é obtida através da detecção de radiação de nêutrons, o subproduto de uma reação de fusão DD. Existem três opções que serão descritas. Eles estão em ordem decrescente de facilidade de configuração:
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Um dosímetro de bolha de nêutrons
Um dosímetro de bolhas é uma pequena unidade com um gel que forma bolhas quando ionizado por radiação de nêutrons. Esta é a forma mais fácil de detecção de nêutrons disponível, pois tudo o que você precisa fazer é desparafusar a tampa e colocá-la ao lado do fusor. Algumas das desvantagens são que ele é um detector integrativo, o que significa que tudo o que você obtém é um número total de emissão de nêutrons durante o tempo em que foi usado, em vez de uma taxa instantânea de nêutrons. Além disso, eles são um pouco difíceis de obter, já que a única empresa a fabricá-los é a Bubbletech no Canadá, que tem um pedido mínimo de 3 com frete e manuseio íngremes (espere gastar $ 700+ se fizer o pedido diretamente deles, não em uma compra em grupo). Adicionalmente, eles tendem a ficar bastante desgastados após um ano de vida útil (embora eu tenha mantido o meu em um recipiente de armazenamento refrigerado a 50 ° F e pareça novo depois de mais de um ano). A vantagem é que os dados de calibração são fornecidos com a compra e, claro, é fácil.
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Ativação Prata
Quando a prata é colocada perto do reator (com um moderador [parafina, água, HDPE, etc] entre ela e a fonte de nêutrons, pois apenas nêutrons térmicos ativarão o material) ela se torna levemente radioativa com fluxos de nêutrons decentes. Tem uma meia-vida curta de apenas alguns minutos, mas se você colocar rapidamente um contador geiger próximo à prata, as contagens podem ser detectadas. Em minhas melhores execuções, consegui um pedaço de prata a cerca de 250 CPM sobre o fundo em um contador geiger CDV-700. As desvantagens disso são que requer um fluxo de nêutrons decente (pelo menos cerca de 100.000 nêutrons/s) que está acima da taxa média de nêutrons da “primeira execução do iniciante”. Além disso, é um pouco difícil de calibrar e as contagens não podem ser falsificadas até que o fusor tenha sido desligado.
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Um Tubo Proporcional
Podem ser adquiridos tubos que são preenchidos com BF3 ou Hélio-3 (alguns tubos muito antigos são tubos de gás inerte revestidos com Boro-10). Esses tubos, semelhantes a um contador Geiger, podem ser usados com um dispositivo de contagem para detectar pulsos elétricos quando os nêutrons passam pelo tubo. Pode ser usado um contador multifuncional, geralmente feito por uma empresa chamada Ludlum, ou um sistema de contagem modular usando módulos NIM. O tubo é cercado por cerca de 2 polegadas de material moderador, como cera ou água. Esta é de longe a forma mais precisa e útil de detecção de nêutrons, porém o custo de um novo tubo é proibitivo para a maioria das pessoas, e eles são extremamente raros no mercado de excedentes. Além disso, o equipamento de contagem pode se tornar bastante caro.
Configuração NIM : Se você optar por fazer uma configuração NIM como eu, o layout típico é um pré-amplificador sensível à carga na cabeça do tubo proporcional, que é conectado a uma fonte de alimentação de alta tensão gerando tensão de polaridade positiva apropriada para o tubo (na faixa de 800V-2kV geralmente). O amplificador também se conecta a um amplificador de modelagem, que é seguido por um analisador de canal único (para definir o nível de discriminação de detecção), seguido por um contador de pulso e/ou medidor de taxa.
Hora de ligá-lo (não se esqueça de cobrir todas as janelas de visualização/câmeras com chumbo! Além disso, os raios-x podem vazar das passagens de cerâmica, portanto, afaste-os das pessoas. É uma boa ideia monitorar os raios-X onde qualquer pessoas estão presentes). O procedimento básico é:
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Ligue a bomba de desbaste e aguarde a contrapressão suficiente, ligue a bomba de difusão ou turbo e espere que aqueça totalmente ou atinja a velocidade de operação – Acelere a câmara de volta (com a válvula entre a bomba de difusão/turbo e a câmara)
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Abra ligeiramente a válvula de agulha para o tanque de deutério
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Aumente a alta tensão até que o plasma se estabeleça na câmera ou você atinja 40kv e nada aconteça (não se esqueça, você só tem uma chance na vida de estragar com tensões desse grau)
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Se nada aconteceu, continue admitindo mais gás e a pressão deve continuar subindo. O plasma deve se formar em torno de 40kv em cerca de 10-15 mícrons de deutério.
Se tudo correr bem, você deve detectar nêutrons neste ponto com a câmera.
A operação é um ato de equilíbrio, já que a tensão é controlada tanto pela fonte de alimentação quanto pela Curva de Paschen e pela Lei de Ohm relativa à pressão na câmara. É necessária muita paciência para “Pegar o jeito”, mas depois de fazer isso torna-se bastante simples de executar. A operação pode ser auxiliada por uma pistola de íons
