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/ NetNews Usenet Archive 1993 #1 / NN_1993_1.iso / spool / sci / physics / fusion / 3192 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1993-01-07  |  15.2 KB  |  304 lines

  1. Newsgroups: sci.physics.fusion
  2. Path: sparky!uunet!haven.umd.edu!darwin.sura.net!gatech!concert!uvaarpa!murdoch!kelvin.seas.Virginia.EDU!crb7q
  3. From: crb7q@kelvin.seas.Virginia.EDU (Cameron Randale Bass)
  4. Subject: Re: Responses to Dale Bass
  5. Message-ID: <1993Jan7.182337.19186@murdoch.acc.Virginia.EDU>
  6. Sender: usenet@murdoch.acc.Virginia.EDU
  7. Organization: University of Virginia
  8. References: <1993Jan5.161234.25298@asl.dl.nec.com> <1993Jan5.180115.17549@murdoch.acc.Virginia.EDU> <1993Jan7.080252.15953@asl.dl.nec.com>
  9. Date: Thu, 7 Jan 1993 18:23:37 GMT
  10. Lines: 292
  11.  
  12. In article <1993Jan7.080252.15953@asl.dl.nec.com> terry@asl.dl.nec.com writes:
  13. >Hi folks,
  14. >
  15. >In article <1993Jan5.180115.17549@murdoch.acc.Virginia.EDU>
  16. >crb7q@kelvin.seas.Virginia.EDU (Cameron Randale Bass) writes:
  17. >
  18. >> [Terry Bollinger writes:]
  19. >> 
  20. >> | Can anyone out there show one way or the other whether this wedge-out
  21. >> | idea is either bogus or has merit?
  22. >> ...
  23. >>
  24. >> 1) in stable cavitation in acoustical fields, the sonoluminescence occurs
  25. >> shortly after the bubble reaches maximum radius (i.e. just as the bubble
  26. >> starts its inward cycle.  Keep in mind that in stable sonoluminescence,
  27. >> the bubble itself does not completely collapse.).  This implies that the
  28. >> sonoluminescence is mediated by a strong shock in the vapor itself (See
  29. >> Barber and Putterman PRL: 69:3839 (1992) among others), 
  30. >
  31. >In the UC draft I did assume vapor or gas in most bubbles, but (by choice)
  32. >emphasized keeping the vapor level low.  I dropped the use of "shock
  33. >wave" from my first outline for that same reason.  I was interested mainly
  34. >in _very_ thin shock wave media, not the conventional thick stuff.  (In
  35. >retrospect I wish I had left the "shock" terminology in there.)
  36.  
  37.      Why the 'thick' vs. 'thin' stuff?  A shock is a shock.  They are
  38.      usually pretty thin.  A vacuum bubble collapsing does not necessarily
  39.      create a shock, it is also not necessarily energetic.
  40.  
  41. >> Putting aside the thought that it probably has limited physical meaning,
  42. >> at that point there are very good electrostatic reasons for the character 
  43. >> of the interaction to change somewhat drastically.
  44. >
  45. >Sorry, I don't get it.  If the plasma is created through thermal methods and
  46. >is not being subjected to intense currents or magnetic fields, my assumption
  47. >was (and is) that it will be subject to the same general dynamic behavior as
  48. >any very hot gas.  Are you implying that you think a strong field or current
  49. >will be present?  If so, why?  It would seem like an unnecessary assumption
  50. >without a lot more evidence for the presence of such phenomena in the center.
  51.  
  52.       You have a small region of very hot gas inside a large region
  53.       of very cold gas.  In fluids, all interactions occur via 
  54.       electromagnetic means.  How does one avoid large currents or 
  55.       large fields while doing such a thing (i.e. fusion within a bubble)?  
  56.       My contention is that the bubble avoids such large fields by not doing 
  57.       precisely the thing you want it to.  There is good experimental
  58.       reason to believe that fusion does not occur significantly 
  59.       in shocks (you'd have technicians everywhere dying of radiation 
  60.       poisoning), so the assumption that shocks can concentrate energy
  61.       in a manner sufficient to produce fusion seems to be the unnecessary
  62.       one.
  63.  
  64.       The only way I know to do such things is to do things the way
  65.       ordinary hot fusion people do things.  Keep in mind we are still
  66.       discussing processes that occur at much larger scales and much lower
  67.       energies than are necessary for fusion.
  68. >
  69. >> I would also point out that the concept of ordinary fluid dynamic surface
  70. >> tension breaks down well before that point (to put it mildly).
  71. >
  72. >From conversations with you offline, I gather that you were originally under
  73. >the impression that I was trying to whack the fluid surface all the way into
  74. >the center of the void.
  75. >
  76. >I most decidely proposed no such thing in UC, and I explicitly described the
  77. >"wedge-out" as a proposed _gaseous_ effect.
  78. >
  79. >Moreover, in UC I described the wedge-out in the context of a very fast,
  80. >inwardly moving gaseous front that has a very sharp transtion from high
  81. >pressure to (hopefully) low void pressure on its leading edge...
  82. >
  83. >You'll pardon my lack of using standard terminology at times, but I believe
  84. >that such a thing is called a "shock wave," is it not?
  85. >
  86.  
  87.      If it is to be a shock wave, you will get no fusion under ordinary
  88.      circumstances.  The way to do this in reality is exactly the way
  89.      the US and Russian militaries do it, nuclear driving pressure.
  90.  
  91.      This is the problem with theories that are not quantified.  I think
  92.      you'll find that the driving pressure required to induce fusion is
  93.      substantial.
  94.  
  95. >> 3) If you seriously want to present a model, the burden of proof is on you
  96. >> to describe such things as
  97. >>
  98. >> a) why your process does not violate the second law, 
  99. >
  100. >Hmm?  Since when does the second law prevent _local_ increases in temperature
  101. >and pressure as long as they don't reduce entropy for the system as a whole?
  102.  
  103.      This is not the way a shock wave works,  you are requiring a coherent
  104.      wedge eject itself from the fluid under solely thermal and dynamical
  105.      influences, and you are requiring it to continue to cascade.  Unless
  106.      you can show it does not violate the second law, I have a hunch it 
  107.      does.  The way to show it is to consider the entropy of the fluid 
  108.      before formation of the wedge and after.  It is probably not all that
  109.      difficult a calculation.
  110.  
  111. >Whatever sonoluminscence is, it's clearly expending a lot of energy in the
  112. >whole bubble to produce an increase in energy in a _much smaller_ central
  113. >region.  So what?  Multi-stage rockets behave quite similarly when they
  114. >accelerate a payload, but they certainly don't violate the second law.
  115. >
  116.  
  117.      Multistaged rockets are well-organized, fluids are not.  Don't
  118.      get me wrong, shocks can concentrate energy, but
  119.      they are fairly well understood as far as fusion goes.
  120.  
  121. >Speaking of such things, David Cyganski sent me a very nice (and easy-to-do)
  122. >example of how mechanical bouncing around (literally!) can result in the
  123. >energy of one object being transferred largely or entirely into another one:
  124. >
  125. >Take two elastic balls, one of which is about 1/3 the weight as the other.
  126. >Carefully drop them so that the light ball rest exactly on top of the heavy
  127. >ball as they fall.
  128. >
  129. >If the weights are about right, then when they both hit the ground the heavier
  130. >ball will transfer _all_ of its kinetic energy to the lighter ball, which will
  131. >then rebound much higher than the height from which it was dropped.
  132. >
  133. >Does the ball violate the second law?  No, of course not.  Nor does the idea
  134. >that the collapse of a highly symmetrical void could produce a brief, highly
  135. >energetic central region.  A close cavitation system with a self-contained
  136. >energy source increases in entropy quite nicely over time, no matter how
  137. >hot certain individual events within that system may or may not become.
  138.  
  139.      Absolutely, if you are allowed to micromanage the fluid and it behaved
  140.      like steel balls, you'd be set.  However, it does unfortunate things like
  141.      sit in a fairly high entropy state and ionize and have a non-billiard
  142.      ball kind of behavior when one gets it hot.  It also does not have the
  143.      tendency to form wedges.  You can do almost anything if allowed to
  144.      put the fluid molecules in an arbitrary state of energy or entropy. 
  145.      
  146.      It would be easier to simply assume that all the ionized deuterons
  147.      had some massive energy and were all heading towards a single point.
  148.      You'd get substantial fusion there.
  149.  
  150. >> c) why diffusion and damping do not significantly operate,
  151. >
  152. >The stupid answer is "because it's spherical and it's collapsing inward."
  153. >Things are getting damped, alright, but most of what is getting damped is
  154. >also getting "left behind" as the wave front moves inward.
  155.  
  156.      It isn't spherical, you've given it structure.  If it is spherical
  157.      it is a shock and works via ordinary shock mechanics.
  158.  
  159. >> d) how one applies a fluid continuum approach to a putatively ionized gas,
  160. >
  161. >Again, I'm ignorant.  Is neutal plasma "sticky," or what?  Can you elaborate?
  162.  
  163.      All fluids are 'sticky' or 'repulsive' to one degree or another,
  164.      however, the point is that the electrons will react to, say, strong
  165.      'mechanical' forcing much faster than the ionized deuterons you
  166.      hope to force.  One must always keep in mind that 'mechanical' forcing
  167.      is electromagnetic forcing for all ordinary fluids and plasmas.
  168.      You are applying a fluid continuum model down to scales 
  169.      where it clearly does not apply at low energies 
  170.      (low is defined as energies that are not equal to or greater than 
  171.      those found in your average tokamak.  For mercury, low is defined as
  172.      energies not equal to or greater than energies found in your average
  173.      supernova).
  174.  
  175. >> e) how one can get a further 11 order of magnitude concentration of energy
  176. >> beyond the concentration probably caused by an ionizing shock, especially
  177. >> considering that at indicated spectral temperature, electromagnetic
  178. >> interactions will dominate long before fusion energies are reached,
  179. >
  180. >Hey, I said measureable _low level_ fusion.  I don't recall the curves
  181. >that used to be discussed in this group, but it seems to me that a real
  182. >kinetic energy of 100,000 K might _already_ be high enough for some very
  183. >low level increases in, say, T-T that could be detectable.  (Anyone game?)
  184.  
  185.      As I attempted to say earlier, the 100,000 K is taken from an 
  186.      assumption of black-body radiation applied to the light spectra
  187.      from the sonoluminescing region.
  188.  
  189.      Even if it is not simply the representation of a huge peak
  190.      of a single recombination process, it does not seem a) physically
  191.      realistic to apply a equilibrium description to a clearly nonequilibrium
  192.      process, b) physically plausible.
  193.  
  194.      However, assuming we have an equilibrium process, as far as 100,000K 
  195.      being sufficient to cause T-T fusion, I'd bet that the fusion 
  196.      probability is very very very low.  In any case, you're back to hot
  197.      fusion caused by shock waves.  This is not a viable process at 
  198.      low energies.
  199.  
  200. >On the other hand, I honestly _don't_ feel that the concentration curve has
  201. >been anywhere near exhausted yet, because I don't think there is a full
  202. >understanding of what is going on for some ranges of the effect -- such as
  203. >for exceptionally low void pressures.
  204.  
  205.       What's below zero?  I don't think it suits your purpose to put the fluid
  206.       in tension.  The important thing is the pressure differential.
  207.  
  208. >I say that if you thin the medium through which the shock wave travels, you
  209. >will get an intensification.  I also note that the slanting of SL spectra
  210. >towards the UV when the water is cooled are nicely compatible with that
  211. >prediction.  Have any of the other seven or so models predicted that?
  212.  
  213.       You also lower the drive pressure, there is also a limiting value
  214.       for the mean velocity which is related to the temperature, which
  215.       is fairly small at ordinary temperatures (fairly small in relation
  216.       to energies required for fusion, and ordinary includes 100000K).
  217.  
  218.       Shock waves are fairly well-understood, try Courant and Friedrichs
  219.       "Supersonic Flow and Shock waves".
  220. >
  221. >> f) why it seems to be somewhat at variance with current indications of the
  222. >> mechanism of stable sonoluminescence.
  223. >
  224. >I did not take shock waves composed of void media into account, yes.  I only
  225. >mentioned elastic compression and the idea that more void vapor should reduce
  226. >the overall intensity of the event.
  227. >
  228. >But I don't think we're talking about a major mismatch here.  Indeed, there
  229. >shoud be a continuum of effects between whacking a thick void gas and sending
  230. >off a shock that way, versus cavitations in which the void surface itself is
  231. >vaporizes and begins "filling in" a sparsely filled void with a particularly
  232. >vicious (and dense) shock wave.
  233.  
  234.      How does one vaporize a vapor?  In any case, there is a kinetic limit
  235.      on the velocity of the molecules in a very rarefied situation at ordinary
  236.      temperatures.  The limit is somewhat below fusion energies, to put
  237.      it mildly.
  238.  
  239.      There is certainly a continuum of shock waves.  I don't believe
  240.      any of the ones at ordinary energies have been found to cause fusion.
  241.  
  242. >> If so, it appears to be of limited value in fusion studies unless you can
  243. >> explain why a partially ionized gas can further concentrate energy.
  244. >
  245. >How about the other way around:  Why can it _not_ for if the plasma is
  246. >electrically neutral and no large fields are present?
  247.  
  248.      Large fields *are* present whenever you get two positive ions
  249.      very very close together.  
  250.  
  251. >> Our good friends in the hot fusion business can probably explain better
  252. >> than I how difficult that is.
  253. >
  254. >Sounds good.  Could some kind soul explain the added instabilities that
  255. >make neutral (?) plasmas behave differently from high-temp gases?
  256.  
  257.      They are not added instabilities necessarily.  It is just that
  258.      you wish to fuse the component ions.  To do so you must give them
  259.      enough energy to get them close together, the charges on the
  260.      ions tend to prevent a) giving them enough energy, and b) getting
  261.      them close together.
  262. >>
  263. >> So something that is doubly ionized is harder to get close together than
  264. >> something that is 80x ionized?  Keep in mind, at hot fusion energies your
  265. >> original fluid is gone.  All that remains is that nucleus and all its
  266. >> charges.
  267. >
  268. >Again, you seem to be assuming that the plasma as a whole has lost the
  269. >neutralizing effect of its electrons.  I have no knowledge of any physical
  270. >basis for that kind of assumption.  Also, most plasmas do _not_ totally
  271. >ionize all elecrons, especially from heavy metals.  I don't understand
  272. >your point in suggesting such extreme ionization, which almost certainly
  273. >could not occur even in a tokamok or other comparable plasma devices, let
  274. >alone in whatever (if anything) is going on in cavitation.
  275.  
  276.      Providing you've overcome the obvious, there *are* no electrons down 
  277.      where you're going.  At some point the two 'fusing' bodies are 
  278.      well within each other's wells, and they don't like to be there.
  279.      You have this problem if you ionize them, if you don't ionize them,
  280.      if you partially ionize them.  Fusion is far down below the inner shell,
  281.      where electrons dare not tread.  This is one of reasons hot fusion people
  282.      use hydrogen isotopes instead of heavier elements.
  283.  
  284. >
  285. >P.S. -- I will be re-issuing a discussion of the wedge-out with a new emphasis
  286. >        on development of flow-cells (formerly called wedges) at the margin
  287. >        of a converging "shock front" (or whatever you wish to call it).
  288.  
  289.      If it is a shock, Courant and Friedrichs do a fairly good job
  290.      on a spherically converging shock wave.  You'll not find a 
  291.      panacea there.
  292.  
  293.      I cannot stress enough the importance of quantification in 
  294.      proposed physical models.  It is very easy to create mental images of 
  295.      things that are not physical, or do not have the consequences 
  296.      we mentally ascribe to them.
  297.  
  298.                                dale bass
  299.  
  300. -- 
  301. C. R. Bass                                          crb7q@virginia.edu        
  302. Department of Wildebeest
  303. Transvaal                                           (804) 924-7926
  304.