ZETA , сокращение от «Термоядерная сборка с нулевой энергией» , был крупным экспериментом в ранней истории исследований термоядерной энергии . Основанная на технологии удержания плазмы пинча и построенная в Научно-исследовательском институте атомной энергии в Соединенном Королевстве, ZETA была больше и мощнее, чем любая термоядерная машина в мире того времени. Его целью было произвести большое количество реакций термоядерного синтеза, хотя оно было недостаточно большим для производства чистой энергии.
ZETA вступила в строй в августе 1957 года и к концу месяца испускала всплески примерно в миллион нейтронов за импульс. Измерения показали, что температура топлива достигает от 1 до 5 миллионов Кельвинов , температуры, которая могла бы вызвать реакции ядерного синтеза , что объясняет наблюдаемое количество нейтронов. Первые результаты просочились в прессу в сентябре 1957 года, а в январе следующего года был опубликован обширный обзор. Статьи на первых полосах газет по всему миру объявили об этом прорыве к неограниченной энергии, научном прорыве для Британии, большем, чем недавно запущенный Спутник был для Советского Союза .
Американские и советские эксперименты также давали аналогичные нейтронные вспышки при температурах, которые были недостаточно высоки для термоядерного синтеза. Это побудило Лаймана Спитцера выразить скептицизм по поводу результатов, но его комментарии были отвергнуты британскими наблюдателями как шовинизм . Дальнейшие эксперименты на ZETA показали, что первоначальные измерения температуры вводили в заблуждение; объемная температура была слишком низкой, чтобы реакции термоядерного синтеза могли создать наблюдаемое количество нейтронов. Утверждение о том, что ZETA произвела термоядерный синтез, пришлось публично отозвать, и это позорное событие бросило в дрожь весь термоядерный истеблишмент. Позже нейтроны были объяснены как продукт нестабильности топлива. Эта нестабильность оказалась присущей любой подобной конструкции, и работа над базовой концепцией пинч как пути к термоядерной энергии закончилась к 1961 году.
Несмотря на то, что ZETA не удалось достичь термоядерного синтеза, устройство прожило долгую экспериментальную жизнь и привело к многочисленным важным достижениям в этой области. В одном из направлений разработки использование лазеров для более точного измерения температуры было опробовано на ZETA, а позже использовалось для подтверждения результатов советского токамака . В другом случае, при изучении тестовых запусков ZETA, было замечено, что плазма самостабилизировалась после отключения питания. Это привело к современной концепции сжатия обратного поля . В более общем плане, исследования нестабильностей в ZETA привели к нескольким важным теоретическим достижениям, которые составляют основу современной теории плазмы.
Базовое понимание ядерного синтеза было разработано в 1920-х годах, когда физики исследовали новую науку — квантовую механику . Исследование квантового туннелирования , проведенное Джорджем Гамовым в 1928 году , продемонстрировало, что ядерные реакции могут протекать при более низких энергиях, чем предсказывала классическая теория. Используя эту теорию, в 1929 году Фриц Хоутерманс и Роберт Аткинсон продемонстрировали, что ожидаемая скорость реакции в ядре Солнца подтверждает предположение Артура Эддингтона 1920 года о том, что Солнце питается за счет термоядерного синтеза . [1] [2]
В 1934 году Марк Олифант , Пол Хартек и Эрнест Резерфорд первыми достигли термоядерного синтеза на Земле, используя ускоритель частиц для стрельбы ядрами дейтерия в металлическую фольгу, содержащую дейтерий, литий или другие элементы. [3] Это позволило им измерить ядерное сечение различных реакций синтеза и определить, что реакция дейтерий-дейтерий происходит при более низкой энергии, чем другие реакции, достигая максимума около 100 000 электронвольт (100 кэВ). [4]
Эта энергия соответствует средней энергии частиц в газе, нагретом до тысяч миллионов Кельвинов. Материалы, нагретые выше нескольких десятков тысяч Кельвинов, диссоциируют на электроны и ядра , образуя газообразное состояние вещества , известное как плазма . В любом газе частицы имеют широкий диапазон энергий, обычно соответствующий статистике Максвелла-Больцмана . В такой смеси небольшое количество частиц будет иметь гораздо большую энергию, чем основная масса. [5]
Это приводит к интересной возможности; даже при температурах значительно ниже 100 000 эВ у некоторых частиц случайно будет достаточно энергии для термоядерного синтеза. Эти реакции выделяют огромное количество энергии. Если эту энергию удастся вернуть обратно в плазму, она сможет нагреть до этой энергии и другие частицы, что сделает реакцию самоподдерживающейся. В 1944 году Энрико Ферми рассчитал, что это произойдет при температуре около 50 000 000 К. [6] [7]
Чтобы воспользоваться этой возможностью, необходимо, чтобы топливная плазма удерживалась вместе достаточно долго, чтобы эти случайные реакции успели произойти. Как и любой горячий газ, плазма имеет внутреннее давление и поэтому имеет тенденцию расширяться по закону идеального газа . [5] Для термоядерного реактора проблема состоит в том, чтобы удерживать плазму под этим давлением; любой известный физический контейнер расплавится при таких температурах. [8]
Плазма электропроводна и подвержена воздействию электрических и магнитных полей. В магнитном поле электроны и ядра вращаются вокруг силовых линий магнитного поля. [8] [9] [10] Простая система удержания представляет собой заполненную плазмой трубку, помещенную внутри открытого сердечника соленоида . Плазма, естественно, хочет расширяться наружу к стенкам трубки, а также двигаться вдоль нее к концам. Соленоид создает магнитное поле, проходящее по центру трубки, вокруг которой вращаются частицы, предотвращая их движение в стороны. К сожалению, такая конструкция не удерживает плазму по длине трубки, и плазма может свободно вытекать из концов. [11]
Очевидным решением этой проблемы является согнуть трубку в тор ( форму кольца или пончика). [12] Движение в стороны остается ограниченным, как и раньше, и хотя частицы остаются свободными для перемещения вдоль линий, в этом случае они будут просто циркулировать вокруг длинной оси трубки. Но, как указал Ферми, [а] когда соленоид сгибается в кольцо, электрические обмотки будут ближе друг к другу внутри, чем снаружи. Это приведет к неравномерному полю поперек трубки, и топливо будет медленно уходить из центра. Чтобы противодействовать этому дрейфу, необходимы дополнительные силы, обеспечивающие долгосрочное сдерживание. [14] [15] [16]
Потенциальное решение проблемы заключения было подробно описано в 1934 году Уиллардом Харрисоном Беннеттом . [17] [18] Любой электрический ток создает магнитное поле , и из-за силы Лоренца это вызывает силу, направленную внутрь. Впервые это было замечено в громоотводах . [19] Беннетт показал, что тот же эффект заставит ток «самофокусировать» плазму в тонкий столб. Вторая статья Льюи Тонкса в 1937 году снова рассмотрела эту проблему, введя название « пинч-эффект ». [20] [21] За ним последовала статья Тонкс и Уильяма Аллиса . [22]
Применение пинч-тока в плазме можно использовать для противодействия расширению и удержания плазмы. [15] [23] Простой способ сделать это — поместить плазму в линейную трубку и пропустить через нее ток, используя электроды на обоих концах, как в люминесцентной лампе . Такое расположение по-прежнему не обеспечивает ограничения по длине трубки, поэтому плазма течет на электроды, быстро разрушая их. Для чисто экспериментальной машины это не проблема, и есть способы снизить скорость. [24] Другое решение — разместить магнит рядом с трубкой; когда магнитное поле изменяется, флуктуации вызывают в плазме индуцирование электрического тока. Основное преимущество такого устройства заключается в том, что внутри трубки нет физических объектов, поэтому ее можно сформировать в виде тора и позволить плазме свободно циркулировать. [8] [25]
Концепция тороидального пинча как пути к термоядерному синтезу исследовалась в Великобритании в середине 1940-х годов, особенно Джорджем Пэджетом Томсоном из Имперского колледжа Лондона . [26] С образованием в 1945 году Исследовательского института атомной энергии (AERE) в Харвелле, Оксфордшир , Томсон неоднократно обращался к директору Джону Кокрофту с просьбой предоставить средства на разработку экспериментальной машины. Эти запросы были отклонены. В то время не было очевидного военного применения, поэтому концепция осталась несекретной . Это позволило Томсону и Мозесу Блэкманам в 1946 году подать патент на эту идею, описав устройство, использующее ток пинча, достаточный для ионизации и кратковременного удержания плазмы, одновременно нагреваясь микроволновым источником , который также будет постоянно возбуждать ток. [27] [28]
В качестве практического устройства существует дополнительное требование, чтобы условия реакции длились достаточно долго, чтобы сжечь разумное количество топлива. В оригинальной конструкции Томсона и Блэкмана задача микроволновой инъекции заключалась в том, чтобы заставить электроны поддерживать ток и создавать пинчи, которые длились порядка одной минуты, позволяя плазме достигать температуры 500 миллионов К. [29] Ток в плазме еще и нагрел его; если бы в качестве источника тепла использовался также ток, единственным ограничением нагрева была бы мощность импульса. Это привело к созданию новой конструкции реактора, в которой система работала короткими, но очень мощными импульсами. [12] Такая машина потребует очень большого источника питания. [26]
В 1947 году Кокрофт организовал встречу нескольких физиков Харвелла для изучения последних концепций Томсона, в том числе директора Харвелла по теоретической физике Клауса Фукса . Идеи Томсона были плохо приняты, особенно Фуксом. [30] Когда эта презентация также не получила финансирования, Томсон передал свои концепции двум аспирантам Imperial, Стэнли (Стэн) У. Казинсу и Алану Альфреду Уэру (1924-2010 [31] ). Он добавил отчет о типе тороидального ускорителя частиц, известного как «Wirbelrohr» («вихревая трубка»), разработанного в Германии Максом Стенбеком . Вирбелрор состоял из трансформатора с вакуумной трубкой в форме тора в качестве вторичной катушки, по своей концепции аналогичной тороидальным пинч-устройствам. [26]
Позже в том же году Уэр построил небольшую машину из старого радиолокационного оборудования и смог создавать мощные токи. Когда они это сделали, плазма испустила вспышки света, но он не смог придумать способ измерения температуры плазмы. [26] Томсон продолжал оказывать давление на правительство, чтобы оно позволило ему построить полномасштабное устройство, используя свою значительную политическую валюту , чтобы привести доводы в пользу создания специальной экспериментальной станции в лаборатории Associated Electrical Industries (AEI), которая недавно была построена в Олдермастон . [32]
Уэр обсуждал эксперименты со всеми, кто интересовался, включая Джима Така из лаборатории Кларендона в Оксфордском университете . Работая в Лос-Аламосе во время войны, Так и Станислав Улам построили неудачную термоядерную систему с использованием кумулятивной взрывчатки, но она не сработала. [33] К Таку присоединился австралиец Питер Тонеманн , который работал над теорией термоядерного синтеза, и они через Кларендон организовали финансирование для создания небольшого устройства, подобного тому, что было в Империале. Но прежде чем эта работа началась, Таку предложили работу в США, и в конце концов он вернулся в Лос-Аламос. [34]
Тонеманн продолжил работу над этой идеей и начал строгую программу по изучению основ физики плазмы в магнитном поле. Начав с линейных трубок и ртутного газа, он обнаружил, что ток имеет тенденцию распространяться наружу через плазму, пока не коснется стенок контейнера (см. Скин-эффект ). Он противодействовал этому, добавив небольшие электромагниты снаружи трубки, которые противодействовали току и удерживали его в центре. К 1949 году он перешел от стеклянных трубок к медному тору большего размера, в котором он смог продемонстрировать стабильную защемленную плазму. Фредерик Линдеманн и Кокрофт посетили его и были должным образом впечатлены. [35]
Кокрофт попросил Герберта Скиннера проанализировать концепции, что он и сделал в апреле 1948 года. Он скептически относился к идеям Томсона о создании тока в плазме и считал, что идеи Тонемана, похоже, сработают с большей вероятностью. Он также отметил, что поведение плазмы в магнитном поле недостаточно изучено и что «бесполезно проводить дальнейшее планирование, пока это сомнение не будет разрешено». [32]
Тем временем в Лос-Аламосе Так ознакомил американских исследователей с усилиями Великобритании. В начале 1951 года Лайман Спитцер представил свою концепцию стелларатора и распространял эту идею среди ядерного истеблишмента в поисках финансирования. Так скептически отнесся к энтузиазму Спитцера и считал его программу развития «невероятно амбициозной». [36] Он предложил гораздо менее агрессивную программу, основанную на прищемлении. Оба мужчины представили свои идеи в Вашингтоне в мае 1951 года, в результате чего Комиссия по атомной энергии предоставила Спитцеру 50 000 долларов США. [36] Так убедил Норриса Брэдбери , директора Лос-Аламоса, выделить ему 50 000 долларов США из дискреционного бюджета, используя их для создания Возможноатрона . [15]
В 1950 году Фукс признался в передаче СССР атомных секретов Великобритании и США. Поскольку термоядерные устройства генерировали нейтроны высокой энергии, которые можно было использовать для обогащения ядерного топлива для бомб, Великобритания немедленно засекретила все свои исследования в области термоядерного синтеза. Это означало, что команды больше не могли работать в открытой среде университетов. [37] Имперская команда под руководством Уэра переехала в лаборатории AEI в Олдермастоне, а оксфордская команда под руководством Тонеманна переехала в Харвелл. [8] [б]
К началу 1952 года действовало множество зажимных устройств; Казинс и Уэр построили несколько последующих машин под названием Sceptre [38], а команда Харвелла построила серию все более крупных машин, известных как Mark I–Mark IV. [39] [40] В США Так построил свой Возможноатрон в январе 1952 года. [41] Позже стало известно, что Фукс передал работы в Великобритании Советам, и что они также начали программу термоядерного синтеза. [42]
Всем этим группам было ясно, что с пинч-машинами что-то серьезно не так. При подаче тока столб плазмы внутри вакуумной трубки становился нестабильным и разрушался, нарушая сжатие. Дальнейшая работа выявила два типа нестабильностей, получивших прозвище «излом» и «колбаска». [43] При изломе обычно тороидальная плазма изгибалась в стороны, в конечном итоге касаясь краев сосуда. В колбасе плазма сужается в некоторых местах плазменного столба, образуя узор, похожий на звено сосиски. [44]
Расследования показали, что оба явления были вызваны одним и тем же механизмом. Когда был приложен пинч-ток, любая область газа, которая имела немного более высокую плотность, создавала немного более сильное магнитное поле и коллапсировала быстрее, чем окружающий газ. Это привело к тому, что локализованная область имела более высокую плотность, что создало еще более сильное сжатие, и последует неконтролируемая реакция. Быстрое обрушение в одном месте приведет к распаду всей колонны. [44] [с]
Ранние исследования этого явления показали, что одним из решений проблемы является увеличение степени сжатия. При таком подходе сжатие начиналось бы и прекращалось настолько быстро, что основная часть плазмы не успевала бы двигаться; вместо этого ударная волна , создаваемая этим быстрым сжатием, будет ответственна за сжатие большей части плазмы. [46] Этот подход стал известен как быстрый пинч . Команда Лос-Аламоса, работающая над линейной машиной Колумбуса, разработала обновленную версию для проверки этой теории. [47]
Другие начали искать способы стабилизации плазмы во время сжатия, и к 1953 году на первый план вышли две концепции. Одним из решений было обернуть вакуумную трубку листом тонкого, но очень проводящего металла. Если бы столб плазмы начал двигаться, ток в плазме индуцировал бы в листе магнитное поле, которое, согласно закону Ленца , отталкивало бы плазму. Это было наиболее эффективно против больших и медленных движений, таких как весь плазменный тор, дрейфующий внутри камеры. [48] [49]
Во втором решении использовались дополнительные электромагниты, обернутые вокруг вакуумной трубки. Магнитные поля этих магнитов смешивались с полем пинча, создаваемым током в плазме. В результате траектории частиц внутри плазменной трубки больше не были чисто круговыми вокруг тора, а закручивались, как полосы на шесте парикмахера . [13] В США эта концепция была известна как придание плазме «основы», подавляющей мелкомасштабные, локализованные нестабильности. [50] Расчеты показали, что этот стабилизированный пинч значительно сократит время удержания, а старые концепции «внезапно показались устаревшими». [48]
Маршалл Розенблут , недавно прибывший в Лос-Аламос, начал детальное теоретическое исследование концепции пинча. Вместе со своей женой Арианной В. Розенблут и Ричардом Гарвином он разработал «теорию двигателя», или «М-теорию», опубликованную в 1954 году. Теория предсказывала, что нагревательный эффект электрического тока значительно увеличивается с увеличением мощности электрического поля. . Это предполагало, что концепция быстрого пинч с большей вероятностью будет успешной, поскольку в этих устройствах легче генерировать большие токи. Когда он включил в теорию идею стабилизации магнитов, появилось второе явление; для определенного и узкого набора условий, основанных на физическом размере реактора, мощности стабилизирующих магнитов и величине пинча, тороидальные машины оказались естественно стабильными. [50]
Американские исследователи планировали протестировать как быстрый, так и стабилизированный пинч, модифицировав существующие небольшие машины. В Великобритании Thomson снова потребовала финансирования для более крупной машины. На этот раз его приняли гораздо теплее, и в конце 1954 года было предоставлено первоначальное финансирование в размере 200 000 фунтов стерлингов. [40] Проектные работы продолжались в течение 1955 года, и в июле проект получил название ZETA. [51] Термин «нулевая энергия» использовался в ядерной промышленности для обозначения небольших исследовательских реакторов , [52] таких как ZEEP , роль которых аналогична цели ZETA: производить реакции, не выделяя при этом чистой энергии. [53]
Проект ZETA был завершен в начале 1956 года. Для создания машины была нанята компания Metropolitan-Vickers , которая включала в себя 150-тонный импульсный трансформатор , крупнейший на тот момент построенный в Великобритании. Серьезная проблема возникла, когда необходимые высокопрочные стали, необходимые для электрических компонентов, были в дефиците, но забастовка в электротехнической промышленности США вызвала внезапный перенасыщение материала, что решило проблему. [51]
ZETA была самым большим и мощным термоядерным устройством в мире на момент его постройки. [54] [d] Его алюминиевый тор имел внутреннее отверстие 1 метр (3 фута 3 дюйма) и большой радиус 1,6 метра (5 футов 3 дюйма), что более чем в три раза превышало размер любой машины, построенной на сегодняшний день. Это была также самая мощная конструкция, включающая индукционный магнит, предназначенный для индукции в плазму токов силой до 100 000 ампер (ампер). Более поздние поправки к конструкции увеличили этот ток до 200 000 ампер. [55] Он включал оба типа стабилизации; его алюминиевые стенки действовали как металлический экран, а тор был окружен серией вторичных магнитов. [53] Окна, расположенные в промежутках между тороидальными магнитами, позволяли осуществлять прямой контроль плазмы. [8]
В июле 1954 года AERE было реорганизовано в Управление по атомной энергии Соединенного Королевства (UKAEA). В том же году начались модификации ангара 7 Харвелла для размещения машины. [56] Несмотря на продвинутый дизайн, цена была скромной: около 1 миллиона долларов США. [57] [e] К концу 1956 года стало ясно, что ZETA выйдет в строй в середине 1957 года, опередив стелларатор модели C и новейшие версии Maybeatron и Columbus. Поскольку эти проекты были секретными, на основании небольшого количества доступной информации пресса пришла к выводу, что это версии одного и того же концептуального устройства, и что британцы далеко впереди в гонке по созданию работающей машины. [53]
С 1953 года США все больше концентрировались на концепции быстрого сжатия. Некоторые из этих машин производили нейтроны, и изначально они были связаны с термоядерным синтезом. Ажиотаж был настолько велик, что к этой области быстро присоединились и несколько других исследователей. Среди них был Стирлинг Колгейт , но его эксперименты быстро привели его к выводу, что термоядерного синтеза не происходит. По сопротивлению Спитцера температуру плазмы можно было определить по току, протекающему через нее. Когда компания Colgate выполнила расчеты, температуры в плазме были намного ниже требований для термоядерного синтеза. [58]
В этом случае нейтроны должны были создаваться каким-то другим эффектом. Дальнейшая работа показала, что это было результатом нестабильности топлива. Локализованные области сильного магнитного поля действовали как крошечные ускорители частиц, вызывая реакции, приводящие к выбросу нейтронов. Модификации, пытавшиеся уменьшить эту нестабильность, не смогли улучшить ситуацию, и к 1956 году от концепции быстрого сжатия в значительной степени отказались. Лаборатории США начали обращать свое внимание на концепцию стабилизированного пинч, но к этому времени ZETA была почти завершена, а США сильно отставали. [48]
В 1956 году, планируя широко разрекламированный государственный визит Никиты Хрущева и Николая Булганина в Великобританию, исследователи Харвелла получили предложение от советского учёного Игоря Курчатова выступить с докладом. Они были удивлены, когда он начал свой доклад о «возможности проведения термоядерных реакций в газовом разряде». [59] Речь Курчатова раскрыла усилия СССР по созданию быстрых пинч-устройств, подобных американским, и их проблемы с нестабильностью плазмы. [59] [60] Курчатов отметил, что они также видели высвобождение нейтронов и первоначально полагали, что они образовались в результате термоядерного синтеза. Но когда они изучили цифры, стало ясно, что плазма недостаточно горячая, и они пришли к выводу, что нейтроны возникли в результате других взаимодействий. [61]
Выступление Курчатова показало, что все три страны работали над одними и теми же базовыми концепциями и столкнулись с одними и теми же проблемами. Кокрофт пропустил визит Курчатова, потому что уехал в США, чтобы добиться рассекречивания информации о термоядерных работах, чтобы избежать дублирования усилий. По обе стороны Атлантики было широко распространено мнение, что обмен своими выводами значительно улучшит прогресс. Теперь, когда стало известно, что Советский Союз находится на одном базовом уровне развития и что они заинтересованы в том, чтобы говорить об этом публично, США и Великобритания также начали рассматривать возможность раскрытия большей части своей информации. Это переросло в более широкую попытку опубликовать все исследования термоядерного синтеза на второй конференции «Атом для мира» в Женеве в сентябре 1958 года. [62]
В июне 1957 года Великобритания и США завершили свое соглашение о предоставлении друг другу данных незадолго до конференции, на которой и Великобритания, и США планировали присутствовать «в действии». Окончательные условия были достигнуты 27 ноября 1957 года, открывая проекты для взаимной проверки и призывая к широкой публичной публикации всех данных в январе 1958 года. [63]
ZETA начала работу в середине августа 1957 года [56] первоначально на водороде. Эти прогоны показали, что ZETA не страдала от тех же проблем со стабильностью, которые наблюдались в более ранних пинч-машинах, и их плазма длилась миллисекунды, а не микросекунды, что является улучшением на целых три порядка . [64] Длина импульсов позволяла измерять температуру плазмы с помощью спектрографических средств; хотя излучаемый свет был широкополосным, доплеровское смещение спектральных линий небольших примесей в газе (в частности, кислорода) привело к вычислимым температурам. [65]
Даже на ранних этапах эксперимента команда начала добавлять в смесь газообразный дейтерий и увеличивать силу тока до 200 000 ампер. Вечером 30 августа машина произвела огромное количество нейтронов , порядка миллиона за экспериментальный импульс, или «выстрел». [66] Последовали попытки дублировать результаты и исключить возможные сбои в измерениях. [67]
Многое зависело от температуры плазмы; если бы температура была низкой, нейтроны не были бы связаны с термоядерным синтезом. Спектрографические измерения показали, что температура плазмы составляет от 1 до 5 миллионов К; при этих температурах предсказанная скорость синтеза была в пределах двух раз от числа наблюдаемых нейтронов. Похоже, что ZETA достигла долгожданной цели — произвести небольшое количество реакций синтеза, как это и было задумано. [57]
Усилия США потерпели ряд незначительных технических неудач, которые задержали их эксперименты примерно на год; И новый Maybeatron S-3, и Columbus II начали работать примерно в то же время, что и ZETA, несмотря на то, что это были гораздо меньшие эксперименты. Тем не менее, когда эти эксперименты начались в середине 1957 года, они тоже начали генерировать нейтроны. [68] К сентябрю и эти машины, и новая конструкция DCX в Национальной лаборатории Ок-Ридж оказались настолько многообещающими, что Эдвард Гарднер сообщил, что:
…существует явная вероятность того, что либо машина в Ок-Ридже, либо машина в Лос-Аламосе к январю 1958 года подтвердит производство термоядерных нейтронов. [68]
Новости были слишком хорошими, чтобы их скрывать. Заманчивые утечки начали появляться в сентябре. В октябре Тонеманн, Кокрофт и Уильям П. Томпсон намекнули, что последуют интересные результаты. В ноябре представитель UKAEA отметил: «Есть признаки того, что синтез достигнут». [57] Основываясь на этих намеках, Financial Times посвятила этому вопросу целую статью в две колонки. С тех пор и до начала 1958 года британская пресса публиковала о ZETA в среднем две статьи в неделю. [53] Эту историю подхватили даже американские газеты; 17 ноября The New York Times сообщила о намеках на успех. [69]
Хотя Великобритания и США согласились опубликовать свои данные в полном объеме, на этом этапе генеральный директор американской программы Льюис Штраус решил отложить публикацию. [63] Так утверждал, что эта область выглядела настолько многообещающей, что было бы преждевременно публиковать какие-либо данные до того, как исследователи узнают, что термоядерный синтез определенно происходит. [48] Штраус согласился и объявил, что они будут скрывать свои данные в течение определенного периода, чтобы проверить свои результаты. [63]
Поскольку дело стало более известным в прессе, 26 ноября вопрос о публикации был поднят в Палате общин . Отвечая на вопрос оппозиции, лидер палаты публично объявил результаты, объяснив задержку публикации британско-американским соглашением. [69] Британская пресса интерпретировала это по-другому, [53] утверждая, что США медлили, потому что не смогли повторить британские результаты. [70]
Ситуация достигла апогея 12 декабря, когда бывший член парламента Энтони Наттинг написал в New York Herald Tribune статью, в которой утверждалось:
Некоторые люди мрачно предположили мне, что настоящая причина нежелания американцев публиковать эти важные новости - это политика. Они указывают на потерю престижа, которую понесет администрация, если ей придется признать, что Великобритания, как и Россия, опережает Америку в научном развитии. Я предпочитаю верить, что такое отношение проистекает из рабского и ошибочного применения мер безопасности. Но какова бы ни была причина, это свидетельствует о прискорбном заблуждении Вашингтона относительно истинного значения партнерства с Западом и реальной природы советской угрозы. [71]
Статья вызвала всплеск активности в администрации Макмиллана . Первоначально планировалось опубликовать свои результаты на запланированном заседании Королевского общества , но были большие опасения по поводу того, стоит ли приглашать американцев и Советский Союз, тем более, что они считали, что американцы будут очень расстроены, если прибудут Советы, но так же расстроятся, если они не были приглашены, и мероприятие было полностью британским. [72] Это дело в конечном итоге привело к тому, что UKAEA сделало публичное заявление о том, что США не сдерживают результаты ZETA, [73] но это привело в ярость местную прессу, которая продолжала утверждать, что США задерживают результаты, чтобы позволить им наверстать упущенное. [57] [ф]
Когда в ноябре было подписано соглашение об обмене информацией, было реализовано еще одно преимущество: командам из разных лабораторий было разрешено посещать друг друга. Американская команда, в которую входили Стирлинг Колгейт, Лайман Спитцер, Джим Так и Артур Эдвард Руарк , посетила Зету и пришла к выводу, что существует «большая вероятность» того, что нейтроны возникли в результате термоядерного синтеза. [63]
По возвращении в США Спитцер подсчитал, что с результатами ZETA что-то не так. Он заметил, что кажущаяся температура в 5 миллионов К не успеет развиться за короткое время обжига. Зета не выделила в плазму достаточно энергии, чтобы так быстро нагреть ее до таких температур. Если бы температура повышалась с относительно медленной скоростью, как предполагали его расчеты, термоядерный синтез не происходил бы на ранних стадиях реакции и не мог бы приводить к добавлению энергии, которая могла бы компенсировать разницу. Спитцер подозревал, что показания температуры были неточными. Поскольку именно показания температуры предполагали, что нейтроны произошли в результате термоядерного синтеза, если температура была ниже, это означало, что нейтроны не имели термоядерного происхождения. [74]
Компания Colgate пришла к аналогичным выводам. В начале 1958 года он, Гарольд Фюрт и Джон Фергюсон начали обширное исследование результатов всех известных пинч-машин. Вместо определения температуры на основе энергии нейтронов они использовали проводимость самой плазмы, основываясь на хорошо изученной взаимосвязи между температурой и проводимостью . Они пришли к выводу, что машины производили температуру примерно в 1/10 от температуры нейтронов, но далеко не настолько высокую , чтобы объяснить количество производимых нейтронов, независимо от их энергии. [74]
К этому времени последние версии американских пинч-устройств «Возможно» S-3 и «Колумбус S-4» уже производили собственные нейтроны. Мир исследований термоядерного синтеза достиг высшей точки. В январе результаты пинч-экспериментов в США и Великобритании показали, что нейтроны высвобождаются и, по-видимому, термоядерный синтез уже достигнут. Опасения Спитцера и Колгейта были проигнорированы. [74]
О давно запланированной публикации данных о термоядерном синтезе было объявлено общественности в середине января. Значительный материал с британских устройств ZETA и Scepter был подробно опубликован в выпуске журнала Nature от 25 января 1958 года , который также включал результаты Лос-Аламосского Maybeatron S-3, Columbus II и Columbus S-2. Британская пресса была в ярости. The Observer писал, что «тактика адмирала Штрауса испортила то, что должно было стать захватывающим заявлением о научном прогрессе, и превратилось в отвратительный эпизод политики престижа». [57]
Результаты были типичными для обычно трезвого научного языка, и хотя нейтроны были замечены, не было никаких серьезных утверждений относительно их источника. [47] За день до публикации Кокрофт, генеральный директор Harwell, созвал пресс-конференцию , чтобы познакомить британскую прессу с результатами. Некоторое свидетельство важности события можно увидеть в присутствии полевой группы телевидения BBC , что было редким явлением в то время. [75] Он начал с представления программы термоядерного синтеза и машины ZETA, а затем отметил:
Во всех экспериментах с тороидальными разрядами нейтронов наблюдалось примерно в том количестве, которое можно было бы ожидать, если бы протекали термоядерные реакции. Однако из предыдущих экспериментов, проведенных в российских и других лабораториях, хорошо известно, что нестабильность в канале тока может привести к возникновению сильных электрических полей, которые ускоряют дейтроны и могут производить нейтроны. Так что ни в одном случае не было достоверно доказано , что нейтроны возникли вследствие хаотического движения дейтерия, связанного с температурой порядка пяти миллионов градусов... Их происхождение, однако, станет ясным, как только число нейтронов производимую мощность можно увеличить за счет увеличения тока и температуры.
- Джон Кокрофт , 24 января 1958 г. [76]
Репортеры на встрече не были удовлетворены такой оценкой и продолжали давить на Кокрофта по нейтронному вопросу. После того, как его несколько раз спросили, в конце концов он заявил, что, по его мнению, он «на 90 процентов уверен», что они произошли от термоядерного синтеза. [76] Это было неразумно; высказывание мнения лауреата Нобелевской премии было воспринято как констатация факта. [75] На следующий день воскресные газеты были покрыты новостями о том, что термоядерный синтез был достигнут в ZETA, часто с заявлениями о том, что Великобритания теперь далеко лидирует в исследованиях термоядерного синтеза. Кокрофт еще больше разрекламировал результаты по телевидению после публикации, заявив: «Для Британии это открытие значительнее, чем российский спутник». [77] [78]
Как и планировалось, США также опубликовали большую порцию результатов своих меньших по размеру пинч-машин. Многие из них также испускали нейтроны, хотя ZETA стабилизировалась в течение гораздо более длительных периодов времени и генерировала больше нейтронов примерно в 1000 раз. [79] Отвечая на вопрос об успехе в Великобритании, Штраус отрицал, что США отставали в гонка слияния. Сообщая об этой теме, The New York Times решила сосредоточиться на Лос-Аламосском Колумбусе II, упомянув ZETA только позже в статье, а затем пришла к выводу, что эти две страны идут рука об руку. [80] Другие отчеты из США в целом дали равную поддержку обеим программам. [81] Газеты остального мира были более благосклонны к Великобритании; Московское радио зашло так далеко, чтобы публично поздравить Великобританию, но вообще не упомянуло результаты США. [57]
Поскольку ZETA продолжала давать положительные результаты, были разработаны планы по созданию следующей машины. О новом дизайне было объявлено в мае; ZETA II будет значительно более крупной машиной стоимостью 14 миллионов долларов США, чьей явной целью будет достижение температуры 100 миллионов К и выработка чистой энергии. [57] Это заявление вызвало похвалу даже в США; The New York Times опубликовала статью о новой версии. [82] Машины, подобные ZETA, анонсировались по всему миру; Университет Осаки объявил, что их пинч-машина оказалась даже более успешной, чем ZETA, команда Олдермастона объявила о положительных результатах работы своей машины Scepter стоимостью всего 28 000 долларов США, а в Университете Упсалы был построен новый реактор, который был представлен публично позже в том же году. [54] Институт Ефремова в Ленинграде начал строительство уменьшенной версии ZETA, хотя и крупнее большинства, известной как Alpha. [83]
Спитцер уже пришел к выводу, что известная теория предполагает, что температура ZETA далека от тех температур, о которых заявляла команда, и во время огласки, связанной с публикацией работы, он предположил, что «по-видимому, задействован какой-то неизвестный механизм». [80] Другие исследователи в США, особенно Ферт и Колгейт, были гораздо более критичны, заявляя всем, кто готов их слушать, что результаты — брехня. [80] В Советском Союзе Лев Арцимович поспешил перевести статью в журнале Nature и, прочитав ее, заявил: «Чуш собачи!» (бред сивой кобылы). [84]
Кокрофт заявил, что они получали слишком мало нейтронов от устройства, чтобы измерить их спектр или направление. [76] В противном случае они не могли исключить возможность того, что нейтроны высвобождались из-за электрических эффектов в плазме, тех реакций, на которые Курчатов указывал ранее. [85]
На самом деле такие измерения было бы легко провести. [85] В том же переоборудованном ангаре, где размещалась ЗЕТА, находился Харвеллский синхроциклотрон , которым руководил Бэзил Роуз. В рамках этого проекта была построена чувствительная диффузионная камера Вильсона высокого давления в качестве основного детектора циклотрона. Роуз был убежден, что сможет напрямую измерять энергию и траектории нейтронов. [85]
В серии экспериментов в феврале и марте 1958 года он показал, что нейтроны обладают высокой направленностью, что противоречит термоядерному происхождению, которое, как ожидалось, должно быть направлено случайным образом. Чтобы дополнительно продемонстрировать это, он заставил машину работать с током разряда, идущим «назад». Если бы нейтроны возникли в результате термоядерного синтеза, результирующая скорость должна была бы быть равна нулю, то есть они должны были бы двигаться в случайных направлениях. [86] Измерения показали, что это не так, они не только имели четкую направленность их высвобождения, но и менялись на противоположные при изменении направления тока. Это предполагало, что нейтроны были результатом самого электрического тока, а не реакций синтеза внутри плазмы. [85] [87] [88] Они также отметили, что энергия нейтронов была чрезвычайно близка к энергии реакции DD-синтеза, что позволило предположить, что источником были D-частицы, сталкивающиеся с твердым телом в реакторе. [86]
За этим последовали аналогичные эксперименты на Возможноатроне и Колумбе, продемонстрировавшие те же проблемы. [85] Проблема заключалась в новой форме нестабильности, «микронестабильностях» или МГД-нестабильностях, которые были вызваны волнообразными сигналами в плазме. [89] Они были предсказаны, но хотя излом был в масштабе всей плазмы и его можно было легко увидеть на фотографиях, эти микронестабильности были слишком малы и быстро перемещались, чтобы их можно было легко обнаружить, и раньше их просто не замечали. Но, как и в случае с изломом, когда развивалась эта нестабильность, развивались области огромного электрического потенциала, быстро ускоряющие протоны в этой области. Иногда они сталкивались с нейтронами в плазме или стенках контейнера, выбрасывая их в результате нейтронного расщепления . [90] Это тот же физический процесс, который создавал нейтроны в более ранних конструкциях, проблема, о которой Кокрофт упоминал в пресс-релизах, но их основную причину было труднее увидеть, а в ZETA они были гораздо более мощными. Обещание стабилизации давления исчезло. [85]
16 мая 1958 года Кокрофт был вынужден опубликовать унизительное опровержение, заявив, что «он выполняет именно ту работу, которую мы от него ожидали, и функционирует именно так, как мы надеялись». [91] Le Monde подняла этот вопрос в заголовке на первой полосе в июне, отметив: «Вопреки тому, что было объявлено шесть месяцев назад в Харвелле, британские эксперты подтверждают, что термоядерная энергия не была «одомашнена » ». [92] Это событие бросило холод по всему полю; не только британцы выглядели глупо, все остальные страны, участвовавшие в исследованиях в области термоядерного синтеза, поспешили присоединиться к этому вагону. [92]
Начиная с 1955 года [93] Кокрофт настаивал на создании новой площадки для строительства нескольких прототипов энергетических реакторов деления. Против этого решительно выступил Кристофер Хинтон , и по этому поводу в UKAEA разгорелись яростные дебаты. [g] Кокрофт в конечном итоге выиграл дебаты, и в конце 1958 года UKAEA сформировало AEE Winfrith в Дорсете , где они в конечном итоге построили несколько экспериментальных проектов реакторов. [95]
Кокрофт также настаивал на размещении реактора ZETA II на новом месте. Он утверждал, что Уинфрит лучше подойдет для строительства большого реактора, а несекретная площадка лучше подойдет для теперь несекретных исследований. Это привело к тому, что было описано как «настолько близкое к восстанию, которое могли поднять ученые-индивидуалисты из Харвелла». [96] Тонеманн ясно дал понять, что он не заинтересован в переезде в Дорсет, и предположил, что несколько других высокопоставленных членов также уйдут, а не переедут. Затем он на год отправился в творческий отпуск в Принстонском университете . Вся эта история стала серьезным бременем для Бэзила Шонланда , который возглавил исследовательское подразделение, когда Кокрофт ушел в октябре 1959 года, чтобы стать магистром недавно созданного Черчилль-колледжа в Кембридже . [97]
Пока это происходило, первоначальное предложение ZETA II росло все больше, в конечном итоге определив потоки столь же мощные, как Объединенный Европейский Тор , который был построен годы спустя. [97] Поскольку казалось, что это выходило за рамки современного уровня техники, [98] проект был в конечном итоге отменен в феврале 1959 года. [99] Вскоре его место заняло новое предложение - Эксперимент по стабильности среднего тока (ICSE). . [83] [100] ICSE был разработан с учетом дополнительных стабилизирующих эффектов, замеченных в М-теории, которая предполагала, что очень быстрые пинчи заставят ток течь только во внешнем слое плазмы, который должен быть гораздо более стабильным. Со временем эта машина выросла примерно до тех же размеров, что и ZETA; ICSE имел большой диаметр 6 м и меньший диаметр 1 м и питался от батареи конденсаторов емкостью 10 МДж при напряжении 100 кВ. [100]
Харвелл не подходил для ICSE так же, как и для ZETA II, поэтому Шонланд обратился к правительству с идеей о новом месте для исследований в области термоядерного синтеза, расположенном недалеко от Харвелла. Он был удивлен, обнаружив, что они были довольны этой идеей, поскольку это ограничило бы занятость в Харвелле, чей реестр заработной платы становился слишком сложным для управления. Дальнейшее исследование показало, что затраты на строительство нового объекта будут компенсированы экономией на сохранении объекта рядом с Харвеллом; если бы ICSE был построен в Уинфрите, транспортные расходы между объектами были бы значительными. В мае 1959 года UKAEA приобрело авиакомпанию RNAS Culham , расположенную примерно в 10 милях (16 км) от Харвелла. [95] Строительство ICSE началось позже в том же году, начиная со здания площадью один акр для его размещения, известного как «D-1». [100]
Тем временем работа над ZETA продолжалась, чтобы лучше понять, что вызывает новые формы нестабильности. Новые методы диагностики показали, что энергии электронов были очень низкими, порядка 10 эВ (около 100 000 К), тогда как ионные температуры были несколько выше - 100 эВ. Оба этих факта указывали на быструю потерю энергии в плазме, что, в свою очередь, предполагало, что топливо было турбулентным и вырывалось из-под ограничения и попадало на стенки камеры, где оно быстро охлаждалось. Полная презентация результатов была сделана на Зальцбургской конференции в 1961 году, где советская делегация представила очень похожие результаты на своем ZETA-клоне Альфа. [83]
Источник этой турбулентности в то время не был четко идентифицирован, но команда предположила, что это связано с резистивными режимами, управляемыми током; если бы не использовать упрощающее предположение об отсутствии макроскопического сопротивления плазмы, то естественным образом возникли бы новые неустойчивости. Когда новый глава UKAEA Уильям Пенни узнал, что конструкция ICSE также основана на предположении об отсутствии сопротивления, он отменил проект в августе 1960 года. [101] Детали частично собранного реактора были разобраны другими командами. [102]
К этому моменту Тонеманн вернулся и нашел много несогласных в ICSE. Он потребовал, чтобы ему разрешили создать новую термоядерную группу, которая останется в Харвелле на ЗЕТА. [103] Некоторое время ZETA оставалась крупнейшей тороидальной машиной в мире, [83] и продолжала плодотворную карьеру чуть более десяти лет, но, несмотря на свои более поздние успехи, ZETA всегда была известна как пример британской глупости. . [92] [104]
Неудача ZETA произошла из-за ограниченности информации; Используя лучшие доступные измерения, ZETA передала несколько сигналов, которые предполагали, что нейтроны возникли в результате термоядерного синтеза. Первоначальные измерения температуры были сделаны путем изучения доплеровского смещения спектральных линий атомов в плазме. [65] Неточность измерений и ложные результаты, вызванные ударами электронов о контейнер, привели к ошибочным измерениям, основанным на примесях, а не на самой плазме. В течение следующего десятилетия ZETA постоянно использовалась в попытках разработать более совершенные диагностические инструменты для решения этих проблем. [105]
В результате этой работы был разработан метод, который используется по сей день. Появление лазеров предоставило новое решение благодаря британскому открытию, известному как томсоновское рассеяние . Лазеры имеют чрезвычайно точную и стабильную регулировку частоты, а излучаемый ими свет сильно взаимодействует со свободными электронами. Лазер, направленный в плазму, будет отражаться от электронов, и во время этого процесса будет доплеровское смещение за счет движения электронов. Скорость электронов является функцией их температуры, поэтому, сравнивая частоту до и после столкновений, температуру электронов можно измерить с чрезвычайно высокой степенью точности. [106] «Перевернув» систему, можно было также напрямую измерить температуру ионов. [107]
В 1960-е годы ZETA была не единственным экспериментом, у которого возникли неожиданные проблемы с производительностью. Проблемы с диффузией плазмы через магнитные поля преследовали как программы магнитных зеркал , так и стеллараторы, причем с такой скоростью, которую классическая теория не могла объяснить. [108] Добавление дополнительных полей, похоже, не решило проблем ни в одной из существующих конструкций. Работа резко замедлилась, поскольку команды по всему миру пытались лучше понять физику плазмы в своих устройствах. Пфирш и Шлютер были первыми, кто добился значительного прогресса, предполагая, что для решения этих проблем потребуются гораздо более крупные и мощные машины. [109] Пессимистические настроения укоренились по всей области. [110]
В 1968 году в Новосибирске состоялась встреча исследователей термоядерного синтеза , на которой, ко всеобщему удивлению, советские хозяева представили свои работы над конструкциями токамаков , показатели эффективности которых даже близко не соответствовали ни одному другому эксперименту. [111] Последняя из их разработок, Т-3, производила энергию электронов 1000 эВ по сравнению с примерно 10 эВ в ZETA. [83] [112] Это соответствовало температуре плазмы около 10 миллионов К. [106] Хотя советская команда пользовалась большим уважением, результаты были настолько хорошими, что возникли серьезные опасения, что их косвенные измерения температуры могли быть ненадежными и они упали. стал жертвой проблемы измерения, подобной той, которая произошла с ZETA. [110] Спитцер в очередной раз довольно резко выразил свой скептицизм, вызвав острую дискуссию с Арцимовичем. [113] [114]
Советы были в равной степени обеспокоены этим, и хотя это был разгар холодной войны , Арцимович предложил UKAEA привезти их лазерную систему в Курчатовский институт и самостоятельно измерить ее характеристики. [115] Ранее Арцимович назвал их систему «блестящей». [116] Команда стала известна как «пятерка Калхэма», [106] выполнив серию измерений в конце 1968 и начале 1969 годов. Итоговая статья была опубликована в ноябре 1969 года [117] и убедила исследователей в области термоядерных исследований в том, что токамак действительно достигнув уровня производительности, о котором заявляли Советы. Результатом стал «настоящий ажиотаж» в строительстве токамаков по всему миру [89] , и он остается наиболее изученным устройством в области термоядерного синтеза. [13]
Токамаки — это тороидальные пинч-машины. Ключевое различие заключается в относительной силе полей. [112] В стабилизированных пинч-машинах большая часть магнитного поля в плазме создавалась за счет индуцированного в ней тока. Сила внешних полей стабилизации была значительно ниже и проникала только во внешние слои плазменной массы. Токамак полностью изменил это; внешние магниты были намного мощнее, а ток плазмы по сравнению с этим значительно уменьшался. Арцимович выразил это так:
Напряженность продольного поля должна быть во много раз больше напряженности азимутального поля, создаваемого током. В этом состоит принципиальное отличие токамаков от систем с относительно слабыми продольными полями, таких как известный английский прибор «Зета». [89]
Эта разница сегодня является частью общей концепции, известной как коэффициент запаса прочности , обозначаемый q. Оно должно быть больше единицы, чтобы сохранять стабильность во время разряда; в ZETA это было около 1 ⁄ 3 . Машина типа ZETA могла бы достичь этого q, но потребовала бы чрезвычайно мощных внешних магнитов, чтобы соответствовать столь же большим полям, генерируемым током. Подход токамака решил эту проблему за счет использования меньшего тока пинча; это сделало систему стабильной, но означало, что ток больше нельзя было использовать для нагрева плазмы. Конструкция токамака требует той или иной формы внешнего нагрева. [89]
В 1965 году недавно открывшаяся лаборатория Калхэма стала местом проведения периодических встреч международных исследователей термоядерного синтеза. Из всех представленных работ присутствовало только две статьи по стабилизированному пинчу, обе по ZETA. Спитцер не упомянул о них во вступительных комментариях. [118]
Обычно импульс электричества, посылаемый в ZETA, формирует импульс тока, имеющий форму, подобную распределению Пуассона , быстро нарастающую, а затем затухающую. В одной из работ отмечалось, что стабильность плазмы достигала максимума сразу после того, как ток начал спадать, а затем длилась дольше, чем сам импульс тока. Учитывая, что ток должен был обеспечивать удержание, то, что плазма фактически увеличивала удержание по мере уменьшения тока, было совершенно неожиданным. Это явление получило название «спокойствие». [118]
Три года спустя, на том же совещании, где впервые были обнародованы советские результаты работы токамака Т-3, в статье Робинсона и Кинга исследовался период покоя. Они определили, что это произошло из-за того, что исходное тороидальное магнитное поле изменило свое направление, создав более стабильную конфигурацию. В то время огромные результаты Т-3 затмили этот результат. [119]
Джон Брайан Тейлор занялся этим вопросом и начал детальное теоретическое исследование этой концепции, опубликовав в 1974 году революционную статью по этой теме. Он продемонстрировал, что по мере того, как магнитное поле, создающее пинч, расслаблялось, оно взаимодействовало с ранее существовавшими стабилизирующими полями, создавая самостабильное магнитное поле. Это явление было вызвано желанием системы сохранить магнитную спиральность , что предложило ряд способов улучшить время удержания. [120]
Хотя стабилизирующая сила была ниже силы, имеющейся в зажиме, она продолжалась значительно дольше. Оказалось, что можно построить реактор, который будет подходить к критерию Лоусона с другой стороны, используя увеличенное время удержания, а не увеличенную плотность. По концепции это было похоже на подход стелларатора, и хотя у него была бы меньшая напряженность поля, чем у этих машин, энергия, необходимая для поддержания удержания, была намного ниже. Сегодня этот подход известен как пинч обратного поля (RFP) и является предметом постоянных исследований. [121] [ч]
Исследование Тейлором релаксации в обращенное состояние привело к развитию более широкого теоретического понимания роли магнитной спиральности и состояний с минимальной энергией, что значительно продвинуло понимание динамики плазмы. Состояние минимальной энергии, известное как « состояние Тейлора », особенно важно для понимания новых подходов к термоядерному синтезу в классе компактных тороидов . Тейлор продолжил изучать баллонное преобразование — проблему, которая возникала в новейших высокопроизводительных тороидальных машинах, когда в плазме формировались крупномасштабные волны. Его работа в области термоядерных исследований принесла ему в 1999 году премию Джеймса Клерка Максвелла в области физики плазмы . [123]
Официально Калхэм открылся в 1965 году, и в этот период различные команды начали покидать бывшие объекты. Команда поддерживала ZETA в рабочем состоянии до сентября 1968 года. [124] [125] Ангар 7, в котором размещалась ZETA и другие машины, был снесен в 2005/2006 финансовом году. [126]
51 ° 34'48 "N 1 ° 18'30" W / 51,5799 ° N 1,3082 ° W / 51,5799; -1,3082