วิธีสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่น Farnsworth และเป็นส่วนหนึ่งของวัฒนธรรมนิวเคลียร์ Canon: 10 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

ด้วยความหวังในการกระจายอำนาจของลำดับชั้นความรู้และการเพิ่มขีดความสามารถของแต่ละบุคคล เราจะดำเนินการตามขั้นตอนที่จำเป็นเพื่อสร้างอุปกรณ์ที่จะแตกตัวเป็นไอออนอนุภาคให้เป็นพลาสมาโดยใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์นี้จะแสดงให้เห็นถึงหลักการพื้นฐานที่เมื่อปรับขนาดแล้ว สามารถใช้สำหรับปฏิกิริยาฟิวชันที่แข็งแกร่งขึ้น (และอาจเป็นนิวเคลียร์)

Farnsworth Fusion Reactor (หรือ Fusor) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สนามไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนกับไอออนในสภาวะนิวเคลียร์ฟิวชัน เครื่องจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าระหว่างกรงโลหะสองอันภายในสุญญากาศ (เรียนรู้เพิ่มเติม ที่นี่)

งานออกแบบของฉันอิงจาก Fusor Design ที่ตีพิมพ์ใน Make Magazine Vol 36 อย่างหลวมๆ ฉันขอแนะนำให้ดูโปรเจ็กต์นี้เป็นอย่างยิ่ง

ขั้นตอนที่ 1: การปฏิเสธความรับผิด

อุปกรณ์นี้ใช้กระแสไฟฟ้าแรงสูงและแรงสูง ซึ่งเป็นชุดค่าผสมที่อันตรายมาก

เครื่องสูญญากาศสูงอาจระเบิดได้หากใช้งานอย่างไม่เหมาะสม

อุปกรณ์นี้อาจผลิตรังสีอัลตราไวโอเลตและเอ็กซ์เรย์

หากคุณจริงจังกับการสร้างอุปกรณ์เหล่านี้ ทำการวิจัยเพิ่มเติม รับความคิดเห็นหลายๆ ข้อ ฝึกใช้ความระมัดระวัง และต้องแน่ใจว่าคุณคุ้นเคยกับการทำงานกับกระจก ไฟฟ้าแรงสูง และห้องสุญญากาศ

สถานที่ที่ยอดเยี่ยมในการทำวิจัยเพิ่มเติมคือหนึ่งในชุมชน Fusor ออนไลน์ที่มีอยู่แล้วที่ Fusor.net

บทความ Make Magazine ที่ฉันอ้างถึงก่อนหน้านี้ก็เป็นโครงร่างที่ดีเช่นกัน (เขียนโดยคนที่ทำแบบนี้มานานกว่าฉัน!)

ฉันยังขอแนะนำอย่างยิ่งให้ตรวจสอบเพลย์ลิสต์วิดีโอนี้ของโมเดลอื่น ๆ ที่ผู้คนสร้างขึ้น (ฉันได้รวมตัวนับ geiger ในตอนท้ายด้วย)

ขั้นตอนที่ 2: ส่วนประกอบพื้นฐาน

-ระบบสูญญากาศ

- ปั๊มและห้อง

-ระบบแรงดัน

-120-220 โวลต์กระแสสลับจากผนัง

- ~20,000 โวลต์ DC ในห้อง

-อิเล็กโทรด

-สำหรับการนำไฟฟ้าผ่านห้อง

การจัดหา

- ฉันได้ปั๊มออนไลน์แล้ว แต่มีปัญหามากมายกับแบบจำลองของฉัน โดยพื้นฐานแล้ว คุณจะต้องมีปั๊มสุญญากาศ 2 ขั้นตอน อัตราสุญญากาศขั้นต่ำ 0.025 มม. ปรอท (25 ไมครอน) อัตราลูกบาศก์ฟุตต่อนาที (CFM) ที่สูงขึ้นยิ่งดี นี่เป็นองค์ประกอบที่แพงที่สุดของโครงการอย่างแน่นอน แต่คุ้มค่ากับการลงทุน! ป้ายราคาปั๊มราคาถูกของฉันไม่ได้มีค่าเกินกว่าอาการปวดหัว

-jb weld สามารถพบได้ที่ร้านฮาร์ดแวร์ส่วนใหญ่หรือ amazon

-สามารถซื้อหม้อแปลงไมโครเวฟบนอีเบย์ (แพง!) หรือซื้อจากไมโครเวฟ (สิ่งเหล่านี้ค่อนข้างแข็ง ดังนั้นแม้ว่าคุณจะพบว่าไมโครเวฟเสีย สิ่งเหล่านี้ก็ยังใช้ได้)

-ไดโอดสามารถหาได้จากไมโครเวฟหรือซื้อจำนวนมากจาก ebay

- ฉันทำโพรบจากลวดเหล็กเกจแบบต่างๆ แต่ฉันขอแนะนำอย่างยิ่งให้ทดลองกับลวดประเภทอื่น

- ภาชนะสูญญากาศสามารถทำจากโถได้ (ฉันชอบที่มีฝาปิดที่ปิดสนิท แต่คุณสามารถทำปะเก็นสำหรับขวดโหลที่ไม่มีฝาปิดได้)

- ตัวต่อสายยางและสายยาง และสามารถซื้อได้จากร้านฮาร์ดแวร์ (ขนาดไม่สำคัญหรอก แค่ต้องแน่ใจว่าคุณได้ชิ้นส่วนที่ตรงกัน/พอดี!)

- ทางเลือก Variac สามารถทำจากภาชนะพลาสติกที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ (เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง)

ขั้นตอนที่ 3: ระบบสูญญากาศ

ห้องสุญญากาศสามารถทำมาจากภาชนะแก้วรีไซเคิล เช่น ขวดไวน์และขวดโหล พลาสติกมีแนวโน้มที่จะยุบตัวภายใต้แรงกดดันที่เราต้องการ อย่างไรก็ตาม การใช้กระจกอาจเป็นอันตรายได้ ระวัง!!!

ข้อสังเกตอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับเรื่องนี้คือ ฉันเคยเห็นคนสร้างห้องจากท่ออะคริลิกหนาซึ่งง่ายกว่า/ปลอดภัยกว่ามากในการสร้างห้องรอบๆ มากกว่ากระจก แต่ฉันขอแนะนำให้ค้นคว้าวิธีนี้ด้วยตัวคุณเองก่อนทำ (พลาสติกสามารถให้ผลลัพธ์ที่แปลกได้เมื่อ เป็นการขจัดแก๊ส)

ปั๊มสุญญากาศจำเป็นต้องทำให้ห้องของเราลดลงเหลือระหว่าง 100 ถึง 10 มิลลิลิตร [1 Torr ~.001 บรรยากาศ]

ยิ่งความดันต่ำ อนุภาคก็จะเคลื่อนที่ได้ง่ายขึ้นเท่านั้น

ฉันยืมปั๊มจากเพื่อนที่ใช้ปั๊มเพื่อขจัดฟองอากาศออกจากวัสดุหล่อซิลิโคน ทำงานได้ดีสำหรับความต้องการของฉันและลดการใช้จ่ายของฉันลงครึ่งหนึ่ง [องค์ประกอบที่แพงที่สุดในระบบนี้คือปั๊มและตัวแปร]

ฉันเคยเห็นบางระบบใช้ปั๊มหลายตัวเพื่อลดแรงดันให้ต่ำลง แต่สำหรับความต้องการของฉัน ระบบที่ระบุไว้ข้างต้นก็ใช้ได้

ขั้นตอนที่ 4: สร้างห้องสุญญากาศ

สำหรับห้องฉันต้องเจาะ 3 รู:

หนึ่งสำหรับแคโทด (อันนี้จะอยู่ในแก้ว ดังนั้นระวัง!)

หนึ่งอันสำหรับอะแดปเตอร์ปั๊มสุญญากาศ

หนึ่งสำหรับขั้วบวก

สำหรับห้องของฉัน ฉันใช้โถแก้วขนาดเล็กที่ฉันนำกลับมาใช้ใหม่ มันมีฝาโลหะที่ฉันเจาะรูอะแดปเตอร์สุญญากาศและรูแอโนดเข้าไป

เพื่อปิดผนึกทุกอย่าง ฉันใช้ JB Weld [อีพ็อกซี่สองส่วนซึ่งเรียกฉันว่า "เทปพันสายไฟของโลกสูญญากาศ"]

ขั้นตอนที่ 5: ระบบแรงดันไฟฟ้า

การใช้หม้อแปลงไมโครเวฟ เราสามารถเพิ่มโวลต์ 120-220AC จากเต้ารับบนผนังเป็นประมาณ 2, 000 โวลต์โดยมีการสูญเสียกระแสไฟฟ้าเล็กน้อย [เต้ารับบนผนังให้แอมป์เพียงพอที่เราไม่ต้องกังวลกับกระแสไฟตก ในหม้อแปลงไฟฟ้า].

กระแสสลับ (ac) จากผนังสามารถแปลงเป็นกระแสตรง (dc) โดยใช้ไดมอนด์ของไดโอดไฟฟ้าแรงสูง สิ่งเหล่านี้สามารถมาจากไมโครเวฟหลายเครื่องหรือซื้อทางออนไลน์จำนวนมาก เมื่อฉันสร้างระบบนี้ครั้งแรก ฉันลองใช้วงจรที่มีตัวเก็บประจุจากไมโครเวฟดังที่เห็นในวิดีโอ สำหรับฉัน วงจรนี้สร้างเฉพาะส่วนโค้งซึ่งในขณะที่ยังน่าตื่นเต้นอยู่มาก แต่ไม่ได้ปล่อยพลาสมาที่ฉันต้องการ หลังจากทิ้งมันและลองตั้งค่าไดโอดใหม่ฉันก็ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นมาก [หมายเหตุ: คาปาซิเตอร์ยังคงเก็บประจุได้ ดังนั้นโปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้ต่อสายดินแล้วก่อนที่จะสัมผัส!]

ขั้นตอนที่ 6: วิธีควบคุมแรงดันไฟฟ้า

เพื่อควบคุมแรงดันไฟจากผนัง เราจำเป็นต้องมีระบบตัวแปรที่เรียกว่า variac อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้อาจมีราคาแพงและหายากดังนั้นเราจะใช้ทางเลือกที่เรียกว่า scariac

แผ่นทองแดงสองแผ่นที่แขวนอยู่ในอ่างของเบกกิ้งโซดาและน้ำก็ใช้ได้เช่นกัน

โดยการวางชิ้นส่วนทองแดงที่แขวนไว้บนบานพับ คุณสามารถเลื่อนมันไปทางอื่นและเพิ่มแรงดันไฟขาออก (อย่าแตะทองแดง! หนีบเข้ากับแท่งไม้หรืออะไรสักอย่าง ฉันเจาะรูในไม้อัดเศษแล้วติดตั้ง การติดตั้งทั้งหมดบนอ่าง)

คำแนะนำบางประการ: เมื่อฉันพยายามหาทางเลือกที่ถูกกว่าสำหรับ variac ฉันคิดว่าสวิตช์หรี่ไฟสามารถช่วยแก้ปัญหาของฉันได้! โดยหลักการแล้ว สวิตช์หรี่ไฟดูเหมือนว่าจะจำกัดปริมาณไฟฟ้าที่ไหลไปยังหลอดไฟหรืออุปกรณ์ ดังนั้นทำไมไม่ลองใช้สวิตช์นี้เพื่อควบคุมการจ่ายไฟไปยังหม้อแปลงไฟฟ้าของฉันล่ะ นี้จะไม่ทำงาน! นี่คือวิดีโอที่ยอดเยี่ยมที่อธิบายความแตกต่างระหว่าง variac และสวิตช์หรี่ไฟ

ขั้นตอนที่ 7: ก่อนเสียบอะไรเข้าไป…

มีความล้มเหลวที่ปลอดภัยเสมอ!

สวิตช์ฉุกเฉินควรเข้าถึงได้ง่าย

ระบบการตรวจสอบหลายครั้งสามารถนำไปสู่การปฏิบัติที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น

ฉันชอบใช้รางปลั๊กไฟที่มีสวิตช์ในตัว

สิ่งเหล่านี้บางตัวมีฟิวส์ที่อาจแตกได้หากคุณดึงพลังงานมากเกินไปซึ่งเป็นระบบป้องกันความผิดพลาดที่ดีและราคาถูก

ขั้นตอนที่ 8: วางสายทุกอย่างขึ้น

เสียบปั๊มสุญญากาศและเชื่อมต่อกับห้องของคุณ

เสียบหม้อแปลงของคุณเข้ากับตัวแปรของคุณ

ต่อไดโอดและตัวเก็บประจุเข้ากับตัวรองบนหม้อแปลง

เชื่อมต่อเอาท์พุตบวกกับแอโนด และเอาท์พุตลบกับแคโทดจากตัวแปลงไดโอดไปยังห้องสุญญากาศ

เสียบ variac/scariac ของคุณเข้ากับผนัง

ขั้นตอนที่ 9: ทดสอบระบบ

หลังจากตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อทั้งหมดต่อสายอย่างถูกต้องแล้ว เราสามารถเปิดห้องสุญญากาศและรอให้มันลดแรงดันภายในห้องเพาะเลี้ยง (สำหรับฉันใช้เวลาประมาณหนึ่งนาที) ถ้าแรงดันไม่ลดลงแสดงว่ามีรอยรั่ว (ในบางกรณีอาจได้ยินเสียงรั่ว)

เมื่อดำเนินการเสร็จแล้วและห้องของคุณมีแรงดันที่เหมาะสม เราสามารถเปิดระบบไฟฟ้าแรงสูงของเราและเพิ่มพลังงานอย่างช้าๆ จนกว่าแอโนดของเราจะเริ่มเรืองแสง

ขั้นตอนที่ 10: การปรับปรุง

การปรับปรุงระบบสูญญากาศ - ห้องสูญญากาศค่อนข้างจะค่อนข้างชั่วคราว การรั่วไหลเล็กน้อยทำให้มีบรรยากาศมากขึ้นเพื่อให้อนุภาคเคลื่อนผ่าน ซึ่งหมายความว่าเราต้องการพลังงานมากขึ้นเพื่อเรียกใช้อุปกรณ์ของเรา

การปรับปรุงระบบไฟฟ้า - สามารถใช้ตัวแปรจริงเพื่อการจัดการกระแสไฟที่เชื่อถือได้มากขึ้น

ตั้งแต่เขียนบทช่วยสอนนี้เมื่อต้นปี 2018 ฉันก็ยังคงทำงานเกี่ยวกับระบบนี้เพื่อปรับปรุงวงจร ห้องเพาะเลี้ยง และลองใช้วิธีต่างๆ ในการเชื่อมต่อห้องเพาะเลี้ยงหลายห้อง การอัปเดตเพิ่มเติมจะมาเร็ว ๆ นี้