Un concentrator de plasmă dens (în engleză dens plasma focus , prescurtat DPF ), este un dispozitiv care, prin accelerație și compresie electromagnetică , dă naștere unei bile de plasmă de scurtă durată care produce, datorită temperaturilor și densităților foarte ridicate pe care le-a atins, abundența radiațiilor multiple. Designul său, care datează de la începutul anilor 1960 , se datorează atât americanului JW Mather, cât și rusului NV Filippov, care l-au inventat în paralel și independent unul de celălalt. O astfel de compresie electromagnetică a plasmei se numește necking . Acest dispozitiv este similar cu pistolul cu plasmă (în engleză dispozitiv cu pistol cu plasmă de înaltă intensitate , prescurtat HIPGD ), care scoate plasma sub formă de plasmoid , dar fără să se înghesuie.
Centrală anodul (2) din plasmă focalizare este conectat la un generator de mare putere impuls electric (frecvent la nivelul preîncărcate condensatori unui generator de Marx ) (5). O descărcare electrică între anod (2) și catod (1) are loc apoi în gaz sub presiune redusă (câțiva torrs ) umplând incinta, prin defecțiune de -a lungul izolatorului (4) care înconjoară baza anodului. Această descărcare dă naștere unei foi de curent și plasmă (3) care ia forma unui paraboloid axial simetric (figura A). Această foaie, supusă forței Laplace produse de interacțiunea curentului anod-catod cu câmpul magnetic pe care îl dă naștere, progresează rapid de la partea de jos spre capătul superior al anodului (figura B), procesul având loc la de câteva ori viteza sunetului în gazul ambiental. Această primă fază este denumită faza de propagare axială sau pur și simplu faza axială .
Când foaia depășește capătul superior al anodului, partea sa centrală se strânge sub efectul câmpului magnetic până se formează o margine care o menține conectată la anod (figurile C la E). Această a doua fază este denumită faza de compresie radială sau pur și simplu faza radială .
Margele densă de plasmă suferă rapid, asemănător cu un vârf în Z , o gât axial violent, apoi se creează instabilități și, în cele din urmă, mărgele se rup. Exploziile intense de radiații și particule electromagnetice, denumite în mod colectiv „radiații multiple”, apar în timpul fazelor dense de plasmă și ruptură. Aceste faze critice durează de obicei de la câteva zeci de nanosecunde pentru o mașină mică (kJ, 100 kA) până la aproximativ o microsecundă pentru o mare (MJ, mai multe MA).
Întregul proces, inclusiv fazele axiale și radiale, poate dura, în cazul DPF-ului lui Mather, de la câteva microsecunde (pentru o mașină mică) la 10 microsecunde (pentru una mare). Un Filippov DPF are o fază axială foarte scurtă în comparație cu un Mather DPF.
Blițurile intense de raze X și sarcina particulelor , precum și neutronii din fuziunea nucleară , sunt emise atunci când gazul ambiant este deuteriu . Cercetările în curs demonstrează valoarea potențială a acestui tip de dispozitiv în diverse aplicații: sursă de raze X moi pentru litografie în microelectronică care produce sisteme microelectromecanice , surse de raze X și neutroni pulsați pentru aplicații medicale și verificări de securitate, printre altele.
Alte aplicații se referă la simularea exploziilor nucleare (controlul bunei funcționări a echipamentelor electronice), precum și la cercetarea și inspecția materialelor nucleare (uraniu, plutoniu) datorită emisiei unui fascicul scurt și intens de neutroni.
O caracteristică importantă a focalizării dense a plasmei rezidă în aproape invarianța densității de energie a plasmei focalizate pe întreaga gamă posibilă de mașini, de la fracțiuni de kilojoule la megajoule, cu condiția ca acestea să fie corect adaptate pentru o funcționare optimă. Aceasta înseamnă că o mașină mică de masă va produce în principiu o plasmă cu aceleași caracteristici (temperatură și densitate) ca și mașina de dimensiuni mai mari. O mașină mai mare va produce pur și simplu un volum mai mare de plasmă focalizată, cu o durată de viață mai lungă și cu o emisie mai mare de radiații. Această invarianță în proprietățile plasmei și a radiației produse rezultă din legile scării din fizica plasmei .
Mai multe grupuri au susținut că DPF-urile se pot dovedi viabile în generarea energiei prin fuziune nucleară , producând chiar și temperaturi suficient de ridicate pentru fuziunea hidrogen-bor , câmpul magnetic puternic reducând potențial numărul de coliziuni între electroni și ioni și astfel scade pierderile de Bremsstrahlung . În contrast, teoria arată că un câmp magnetic puternic înrăutățește pierderile de radiații ciclotronice . Un alt avantaj revendicat este capacitatea de a converti energia produselor de fuziune direct în electricitate, cu o eficiență potențial mai mare de 70%. Până în prezent, doar un număr limitat de experimente și simulări au făcut posibilă studierea capacității DPF-urilor pentru producerea de energie de fuziune. Abordarea lui Eric Lerner cu privire la utilizarea DPF pentru o astfel de utilizare, numită „Focus Fusion”, a fost prezentată în 2007 ca parte a Google Talks Tech .
