The SAFIRE Project Walkthrough

The SAFIRE Project – Ein Rundgang

Video
Montgomery Childs in seinem Vortrag
Plattform	youtube.com
Kanal	THE SAFIRE PROJECT
URL	youtube.com/watch?v=CS6gkrZXuaQ
Datum	13.01.2024
Länge	22 Minuten, 58 Sekunden

Videoskript in Deutsch

„the heart of SAFIRE“

00:23
Wir sitzen hier im Herzen von SAFIRE. Und SAFIRE basiert auf der Prämisse, dass die Sonne der positiv geladene Körper in einer ansonsten negativ geladenen Umgebung ist. Die Idee dahinter besteht darin, dass es sich bei der Elektrizität um die ursprüngliche Kraft im Universum handelt. Um dies nachzuvollziehen, erschaffen wir unsere eigene Sonne in Form dieser Anode, einem positiv geladenen Körper in einer insgesamt negativ geladenen Umgebung, welche wir mithilfe dieser Kathoden erschaffen. Und das hier ist die Kammer, in welcher sich alle Gase befinden, und wir beobachten darin ein ziemlich phänomenales Verhalten, könnte man so sagen.

„the SAFIRE reactor“

01:11
Und das hier ist der Hauptreaktor von SAFIRE. Und da oben befindet sich eine kardanische Aufhängung, auf der wir die Sonden zur Messung des Plasmas angebracht haben. Wir haben eine Anti-Kammer, wir haben Kameras, wir haben Dämpfer, wir haben unsere Hauptstromversorgung, wir haben Widerstände, wir haben Leckdetektoren. Wir haben einen großen Turbolüfter, um den Reaktor abzukühlen. Was ist das da für ein kleiner Ventilator? Und wir haben sogar einen kleinen Ventilator, um die Widerstände zu kühlen.

„cooling the SAFIRE reactor“

01:43
Stellen Sie sich also vor, wir hätten in diesem Reaktor die Sonnenatmosphäre – wie heiß die werden kann. Sie kann sogar derart heiß werden, dass sie diesen Edelstahlreaktor zum Schmelzen bringt. Wir müssen also einen Weg finden, ihn abzukühlen. Und wir haben hier einen Turbolüfter, der in der Lage ist, pro Minute 14 000 Kubikfuß an Luft anzusaugen, und das bei einem Druck von zwei Zoll Wasser. Wenn man sich das als ein Strahltriebwerk vorstellt, würde es die gesamte Luft in diesem Labor in etwa zwei Minuten absaugen. Die ganze Luft wird also in diese Ummantelung befördert, die sich hier noch zwischen der Hülle und dem eigentlichen Reaktor befindet, um die Reaktoroberfläche abzukühlen. So lässt sich das Experiment für eine unbegrenzte Zeit fortführen. Und ohne dass es schmilzt? Ohne zu schmelzen.

„pumps“

02:42
Und wir brauchen Pumpen. Wir brauchen eine Menge Pumpen. Pumpen. Auf diese Weise können wir das Innere des Reaktors auf ein Vakuum bringen, wie wir es im Weltraum oder auf der Oberfläche der Sonne vorfinden. Also verwenden wir Vorvakuumpumpen, Hauptpumpen und sogar Kryopumpen, welche das Gas beziehungsweise die Atmosphäre im Reaktor tiefkühlen, um das Vakuum noch weiter zu erhöhen. Gleich daneben befindet sich ein Kompressor, den wir mit Helium betreiben und mit dem wir das Vakuum in der Kammer auf so einem niedrigen Niveau halten können. Wir verwenden Molekularpumpen, Vorvakuumpumpe, Turbopumpen, alle möglichen Pumpen für alle möglichen Zwecke.

„power supply“

03:31
Das alles hier dient der Stromversorgung. Was die Sonne angeht, so steckt da die Idee dahinter, dass die Natur so etwas wie eine Gleichstromenergie liefert. Das ist sozusagen ein flacher Strom. Da haben Sie den Wechselstrom, der in Ihr Haus kommt, bei dem sich alles ständig umkehrt. Dies hier ist eine Gleichstromversorgung. Und um die Energien zu gewinnen, die wir in SAFIRE sehen, hatten unsere Berechnungen ursprünglich eine 200-Kilowatt-Stromversorgung vorgesehen. Wie sich herausstellte, brauchen wir vielleicht gerade mal ein Zehntel davon. Dieser Teil der Stromversorgung hier dient der Steuerung der Energie. Und auf der Rückseite befindet sich die Hauptenergieversorgung. Dies hier ist eine lokale Steuerung und in SAFCON verwenden wir eine so genannte Fernsteuerung.

04:13
Dies hier ist also die Rückseite der Stromversorgungseinheit, in der der Hauptstrom bereitgestellt wird. Da gibt es große Transformatoren, Kondensatoren, Widerstände, Lüfter – und das war's dann auch schon. Wenn sie eingeschaltet ist, sollten Sie Ihre Hände lieber nicht hier drin haben.

„leak detector“

04:47
An dieser Stelle befinden sich die Oszilloskope. Dies hier ist ein Helium-Leckagedetektor. Wir benutzen dieses Instrument, um alle Lecks in der Kammer zu ermitteln, die sich finden lassen. Wenn wir im Reaktor also eine Sonne betreiben, werden die Dinge natürlich sehr heiß und können ausfallen – was sie auch tun. Wenn sie ausgefallen sind, müssen wir sie reparieren – und wir reparieren sie auch. Wir wollen nicht, dass irgendwelche Lecks die Atmosphäre da drinnen kontaminieren. Wenn wir das Plasma im Reaktor am Laufen haben, wissen wir also genau, was sich da drinnen befindet. Wir benutzen also diesen Lecksucher, der uns verrät, wo sich ein Leck befindet. Und mit dem Oszilloskop messen wir die Radiofrequenz, die sich im Plasma zeigt. Wir messen damit die Spannung und den Strom über dem Plasma. Immer, wenn wir mit den Sonden durch die Doppelschicht in das Plasma vordringen, kommt das Oszilloskop zum Einsatz, um die elektrischen Eigenschaften zu erfassen – wie Sie noch sehen werden. Nicht schlecht. Irgendwie hatten wir das so schon geahnt.

„anti-chamber“

05:53
Und in diesem Bereich des Reaktors ist in der Tat eine Menge in Bewegung. Da haben wir ein Bolometer, das die Gesamtenergie misst, welche aus dem Kern austritt. Im Inneren von SAFIRE haben wir es mit Hochfrequenzen zu tun, also arbeiten wir im Inneren von SAFIRE mit Antennen, um die Hochfrequenzen zu messen. Dies hier bezeichnen wir als die Anti-Kammer. Die Anti-Kammer ermöglicht es uns, die Anode aus dem Hauptreaktor herauszunehmen, sie in diesen Bereich hier zu verlegen, dieses Ventil zu schließen und dann die Kammer zu öffnen, um die Anode auszutauschen, ohne dass das Gas in der Atmosphäre des Reaktors kontaminiert wird. In diesem anderen Bereich ist eine Menge los, Kühlsysteme zur Abkühlung des SAFIRE-Kerns, und wir verwenden Drucksensoren. Wir lassen Gas einströmen, evakuieren dann diese Kammer hier und führen dann wieder frisches Gas ein. Das Ganze befindet sich gerade in der Vorbereitung. Sobald wir diese Kammer wieder schließen, bereiten wir die Anode und die Atmosphäre, die sich hierin befindet, darauf vor, wieder in den Hauptreaktor zu gelangen, um den Reaktor nicht zu kontaminieren.

„gimbals & probes“

07:54
Und in diesem Bereich des Reaktors befindet sich eine Standbildkamera. Wir benutzen hier unsere kardanische Aufhängung, um mit ihr die Position der Sonden zu steuern – und hier eine lange Kanüle. Man muss sich das so vorstellen, dass wir diese in das Plasma einführen und sie darin herumführen können. Wir verfügen über Kameras für ultraviolettes Licht, Infrarotkameras, Videokameras und hochauflösende Kameras. Außerdem nutzen wir an der kardanischen Aufhängung auch die Wärmebildtechnik. Wie ich bereits erwähnt habe, lässt sich die kardanische Aufhängung frei bewegen, so dass wir die Sonde in diesem Bereich an jede beliebige Stelle führen können. So können wir die Sonde bis direkt an die Anode heranführen und durch die Plasmadoppelschichten hindurch messen, um die elektrischen Eigenschaften, die optischen Spektren sowie die Massenspektren zu erfassen. Auf diese Weise können wir ermitteln, welche Elemente welche Energiezustände aufweisen und wie hoch die elektrischen Energien ausfallen. Vielleicht bringen wir sie auch in diesen kleinen Ausgleich. Schau mal, was du da machen kannst. Temperaturstabil.

„mass-spectrometer“

09:09
Und den hier nennen wir unseren Massenspektrometertisch. Mit diesem Gerät messen wir zu jedem Zeitpunkt in sechs verschiedenen Bereichen der Kammer. Wir können das Gas direkt an der Anode messen oder weit von ihr entfernt, und wir können eine vergleichende Analyse der Elemente vornehmen, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Gas der Kammer befinden, sei es nun Wasserstoff oder Argon oder Stickstoff oder Helium – oder was auch immer es sein sollte. Es handelt sich hier um ein wunderbares Instrument, das uns Auskunft darüber gibt, was da vor sich geht. Nun ja.

09:39
Darunter befinden sich die Steuerungen für die Vakuumpumpen des Massenspektrometers und darunter wiederum die so genannten SCADA-Datenerfassungssteuerungen. Und SCADA steht für „Supervisory Control and Data Acquisitions“ (Überwachung, Steuerung und Datenerfassung). Der Name ist zwar etwas lang, aber was es leistet, ist die Erfassung sämtlicher Daten aller Sensoren, die von SAFIRE gesteuert werden, auf den SAFCON-Computern, so dass wir zu jedem beliebigen Zeitpunkt den Zustand des Reaktors überwachen können. Perfekt. Und dieses gelbe Teil hier? Das ist ein Stromstecker.

„cooling / de-ionizing water“

10:26
Jetzt ein paar Worte zum Kühlsystem. Das hier sind die großen Modine-Kühlventilatoren. Sie funktionieren wie ein großer Kühler. Daneben stehen mehrere Tanks, in denen wir das Wasser entionisieren, um alle Mineralien aus dem Wasser zu entfernen, und von dort gelangt es in den Haupttank für entionisiertes Wasser. Von dort wiederum fließt es in die Hauptverteilerpumpe und über den Hauptverteiler zu all den verschiedenen Geräten, die gekühlt werden müssen, einschließlich des Anodenkerns und der sogenannten Anode. Nun, dies ist ein Wärmetauscher, der sich im Innenbereich befindet. Man kann ihn nicht sehen, doch er befindet sich dort. In jedem Fall handelt es sich um deionisiertes Wasser. Und das Besondere an deionisiertem Wasser ist, dass es als elektrischer Isolator verwendet werden kann. Es nimmt keine Elektrizität auf.

„servo-motor“

11:35
Okay. Wie bereits erwähnt, befindet sich die Kathode auf der anderen Seite dieser Tür, und nicht etwa auf der Rückseite der Kammer, wie Sie gerade sehen konnten. Das hier ist eine Kugelumlaufspindel, und die steuert den Servomotor, mit dem wir die Kathoden näher zusammen oder weiter auseinander bringen können. Für diese Konstruktion haben wir das Patent erhalten. Eine erstaunliche Sache, denn jetzt brauchen zum Zünden des Plasmas keine speziellen Geräte mehr. Wir haben die volle Kontrolle über den Abstand der Kathoden. Was ist das für eine Ente? Eine Ente? Nun, mein Filmemacher spricht von einer Ente, weil hier dieses Geräusch zu hören ist? Nun, das ist lediglich ein Servomotor, wenn Sie das hören. Er hält die Position der Kathoden mit einer Genauigkeit von 0,01 Millimetern. Und warum quakt der so? Der Grund für das Quaken besteht, so denke ich, darin, dass die Verstärkung im Augenblick ein wenig zu hoch ausfällt. Das ist gut. Sehr gut. Hast du das drauf? Ist das gut so? Ja, das ist perfekt. Perfekt.

„machine shop“

12:43
Die Leute haben uns gefragt, warum wir mit SAFIRE in so einer Maschinenwerkstatt sitzen? Warum haben wir eine solche Räumlichkeit angemietet? Wir haben mit dem Unternehmen, dem diese Maschinenwerkstatt gehört, eine Vereinbarung getroffen. SAFIRE ist tatsächlich ein äußerst präzises Instrument – diese kardanischen Aufhängungen, die Gerätetechnik, die Messfühler. Und dies hier ist der Inspektionsbereich. Wir verwenden eine CMM-Maschine, ein sogenanntes Koordinatenmessgerät. Es misst sehr, sehr genau mit einem Rubin an seiner Spitze. Wir führen optische Messungen durch, wir arbeiten nach Standards – einfach alles, was mit Präzisionsfertigung zu tun hat. Und hier drüben, in diesem Bereich, das ist eine echte Maschinenwerkstatt.

„DMI PRECISION INC.“

13:25
Dieses Unternehmen fertigt Präzisionsteile für die Luft- und Raumfahrt, für das Militär sowie für Kernreaktoren. Und wir fanden, dass das einfach eine großartige Partnerschaft ergeben würde. Uns stehen hier Bohrmaschinen, Drehmaschinen, Standardfräsen und Schleifmaschinen zur Verfügung. Uns stehen all die Dinge zur Verfügung, die wir zur Herstellung der Teile benötigen, wie sie für SAFIRE benötigt werden. Und es funktioniert. … Es funktioniert einfach perfekt. Die Zeit ist um. Schnitt. Gehen wir rüber zum, äh. Hast du alles aufgenommen und ist das gut genug, oder willst du, dass ich es noch einmal wiederhole? Willst du, dass ich es noch einmal ohne den Buzzer mache? Nein, das ist gut. Es ist gut. Der Buzzer ist toll. Los geht's. Wir lieben den Buzzer. Okay. Es ist halt eine Maschinenwerkstatt. Es ist eine Maschinenwerkstatt. Ja, genau. Nur dass heute keiner da ist, also können wir agieren und drehen. Ja, genau. Okay. Ben mag das Brummen der Transformatoren nicht und die Maschinen, die da drin am Schleifen sind. Du musst Ohrenschützer tragen. Okay. Das musst du wirklich. Du musst wirklich einen tragen. Okay.

14:16
Das hier ist also SAFCON. Es handelt sich um einen sogenannten Seecontainer. Und er leistet hervorragende Dienste als Faradayscher Käfig gegen die elektromagnetische Strahlung, die im Reaktor herrscht. Und dazu noch als Schutzraum. Er schützt alle Computer, die wir darin untergebracht haben. Und davon haben wir nicht nur ein paar, sondern eine ganze Anzahl. Ihr müsst den Druck herunterbekommen. Ja. Und stabilisieren. Also senke den Druck und reduziere die Leistung. Deine Spannung ist wieder da. Bring deine Energie zurück. Bring sie wieder zurück. Bringt sie zurück auf, sagen wir, vielleicht fünf. Okay, okay. Okay. Es ist okay. Oh, das ist es. Okay, wir sind fertig. Okay, wir sind fertig. Ok, ok. Versuche, deine Entladung wieder zu kontrollieren.

„SAFCON“

15:15
Und jetzt sind Sie im SAFCON. Und hier geht das alles vonstatten. Von hier aus steuern wir das Plasma. Hier erfassen wir alle Daten. Wir benutzen eine IR-Kamera, die die Wärme, die Signatur und die Temperatur der Anode misst. Wir arbeiten mit einem Bolometer, wie ich schon sagte. Das hier ist der Bildschirm, mit dem wir die Gesamtenergie von SAFIRE messen. Natürlich verwenden wir die unterschiedlichen Plasmen, also jene, für die wir all die Video- und Fotokameras zum Einsatz bringen. Und hier an der Seite befindet sich das PicoScope – diese vier Monitore hier. Und den hier, für die Signatur. Wir sehen das Rot und das Blau. So sieht das Plasma elektrisch aus, wenn wir uns in das Plasma hineinbewegen – es besitzt eine Struktur. Es ist wie ein elektromagnetisches Kraftfeld und es ist eine Kugel, die man nicht sehen kann. Man möchte es gar nicht betreten, aber es ist da. Dann haben wir hier drüben UV, das ist Schwarz und Weiß. Das sagt uns, wie viel ultraviolettes Licht wir erhalten, und das ist wirklich eine ganze Menge, und es ist extrem energiereich. Darunter befindet sich das Massenspektrometer, das, wie ich bereits erwähnt habe, alle Elemente des Periodensystems und alle Elemente, die im Reaktor zu finden sind, misst. Und dann haben wir die sogenannten Massenflussregler. Wenn wir eine präzise Mischung von Gasen einführen wollen und eine ganz bestimmte und präzise Menge benötigen, verwenden wir diese Regler, um dies durchzuführen. Darüber gibt es eine Pumpensteuerung, oder auch Vakuumsteuerung, mit der wir die Kammer zu jedem beliebigen Zeitpunkt auf einem bestimmten Druck halten können, den wir benötigen. Und hier drüben an der Seite befindet sich das SCADA-System, von dem ich vorhin gesprochen habe. Auf diesem Bildschirm werden alle Informationen, alle Datenerfassungen zu den Drücken, den Temperaturen und den Durchflussraten erfasst, einschließlich der Temperatur des Reaktors selbst. Und darunter befindet sich unsere Steuerung der Hauptstromversorgung. So können wir genau regeln, welche Art von Spannung oder Strom in die Kammer gelangen darf. Und hier oben haben wir zwei große Monitore. Auf dem einen nehmen wir hochauflösende 4K-Bilder in Echtzeit auf, auf denen Sie all die schönen Bilder sehen, die wir produzieren. Und auf dem anderen Monitor sehen wir das Bild einer Standbildkamera. Sie arbeitet mit einem Weitwinkel und zeigt, wo sich die Kathode befindet und wo die Sonden positioniert sind. So werden die Sonden nicht einfach bis an den Anschlag geführt. Uns ist ein Bild wichtiger als tausend Worte.

„gas & vacuum control“

18:10
Und das hier ist die Hauptzentrale für die Gas- und Vakuumsteuerung. Wir arbeiten hier sowohl mit Hoch- als auch mit Niedrigvakuum. Dabei verhält es sich aber genau umgekehrt. Wenn Sie an Hochvakuum denken, denke ich an höheren Druck, aber das Gegenteil ist der Fall. Ein Hochvakuum bedeutet ein wirklich hohes Vakuum. Das hier ist die Steuerung der Absperrventile. Wenn wir also eine Sonde zurückholen und isolieren wollen, können wir ein Absperrventil schließen. Jedes einzelne Ventil dient der Massenspektroskopie – dem Massenspektrometer, könnte man sagen. Das sind die sechs Bereiche, von denen ich vorhin gesprochen habe. Wir können jeden einzelnen von ihnen steuern. Genau von hier aus. Das ist die Hauptstromversorgung – die Fernsteuerung, von der ich gesprochen habe. Wir können also die Hauptstromversorgung von hier aus steuern. Und hier drüben haben wir die Gas- und Vakuumsteuerung für die kardanische Aufhängung, für die Anti-Kammer, um sowohl Gas als auch Vakuum einzuführen. Man könnte auch sagen, dass wir nicht ein Vakuum einführen, sondern ein Vakuum erzeugen und dann Gas einführen können. Der mittlere Teil des Bedienfeldes steuert, was mit der Anode geschieht. Und in diesem Bereich des Bedienfeldes steuern wir das Gas und das Vakuum in der Kammer selbst.

„gas & vacuum control – rear“

19:24

„telemetry“

19:41
Von hier aus steuern wir die Bewegung der kardanischen Aufhängung. Wir nennen es Telemetrie. Okay … Acht fünfundsechzig 0,73. Wir haben zwei Monitore, auf denen wir sehen können, wo sich die Sonden in der Kammer befinden. Acht 60. Wir benutzen Servomotoren, um die Sonden zu bewegen, acht 50, um sie in die Nähe der Anode oder in Richtung der Doppelschichten zu bewegen. Acht 40. Wir steuern die Servomotoren über die Tastaturen und mithilfe von Software. Achtung! Ja. Die kardanischen Aufhängungen können die Sonden auf 0,01 Millimeter genau positionieren, wohin auch immer wir wollen. Was? Was sind deine X, Y und Z? Du kannst das bald auf acht 97 0,5 zurücksetzen. Ja, gut. Okay, gut, gut. Ja.

„optical spectroscopy“

20:33
Dies ist eines meiner Lieblingsinstrumente. Man nennt es optisches Spektrometer. Und die Technologie geht bis auf Newton zurück. Soweit wir wissen, nimmt man ein Prisma. Dann schicke ich Licht hindurch, und es breitete sich in den schönsten Farben des Regenbogens aus. Was wir seitdem gelernt haben, ist die Tatsache, dass jedes Element, wenn es angeregt wird, seine eigene Lichtsignatur zeigt. Wir wissen also, dass der Wasserstoff eine ganz bestimmte, man könnte sagen, elementare DNA besitzt. Wenn wir dies nun tun, dann leiten wir das Licht von SAFIRE über diese Glasfasern durch die Sonden. Das Licht wird aufgefächert. Die Kamera auf der Rückseite fängt es ein und wandelt es dann in ein Signal um, das wir hier auf dem Bildschirm sehen. Und ich kann Ihnen genau sagen: Das hier ist Natrium, das hier ist Wasserstoff, das hier ist Argon. Das Tolle an dieser Technologie ist, dass sie extrem präzise ist. Wir können bis auf 0,0001 Nanometer herunterzoomen. Das ist ein Billionstel eines Meters. Stellen Sie sich also vor, Sie betrachten einen Meterstab und strecken ihn dann eine Billion mal. Genau das machen wir mit dem Licht. Das ist es, was an der optischen Spektroskopie so erstaunlich ist. Und dann haben wir 4 86, 4 27, die 3 9 1. Okay, also schaut man auf die Sichtlinie. Die dritte schaut direkt auf die Oberfläche des Tieres. Das ist gut.