En eksperimentel sløjfe til simulering af atomreaktorer i rummet

Nuklear termisk fremdrift, som bruger varme fra atomreaktioner som brændstof, kunne bruges en dag i menneskelig rumfart, muligvis endda til missioner til Mars. Dens udvikling, imidlertid, udgør en udfordring. De anvendte materialer skal regelmæssigt kunne modstå høj varme og bombardement af højenergipartikler.

Will Searight, en atomteknisk doktorand ved Penn State, bidrager til forskning, der kan gøre disse fremskridt mere gennemførlige. Han offentliggjorde resultater fra en foreløbig designsimulering i Fusion videnskab og teknologi , en publikation fra American Nuclear Society.

For bedre at undersøge kernetermisk fremdrift, Searight simulerede et lille laboratorieeksperiment kendt som en hydrogentestsløjfe. Opsætningen efterligner en reaktors drift i rummet, hvor flydende brint bevæger sig gennem kernen og driver raketten - ved temperaturer op til næsten 2, 200 grader Fahrenheit. Searight udviklede simuleringen ved hjælp af dimensioner fra detaljerede tegninger af slipsrør, de komponenter, der udgør meget af testsløjfen, hvorigennem hydrogen strømmer. Industripartner Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) leverede tegningerne.

"At forstå, hvordan USNCs komponenter opfører sig i et varmt brintmiljø, er afgørende for at bringe vores raketter til rummet, "Searight sagde." Vi er begejstrede for at arbejde med en af ​​hovedreaktorentreprenørerne til NASA's rumkraftfremdrivningsprojekt, som søger at producere en demonstration af termisk fremdriftsmotor inden for et årti. "

Rådgivet af Leigh Winfrey, lektor og kandidatuddannet formand for atomteknik, Searight brugt Ansys Fluent, en modelleringssoftware, at designe en simuleringssløjfe fra et rør i rustfrit stål med en ydre diameter på cirka to tommer. I modellen, sløjfen forbinder til en brintpumpe og cirkulerer varmt brint gennem et testafsnit ved siden af ​​et varmeelement.

Searight fandt ud af, at mens konsekvent opvarmning af hydrogen til 2, 200 grader Fahrenheit var mulig, det var nødvendigt at inkludere et varmeelement direkte over testafsnittet for at forhindre en reduktion i opvarmning. Data indsamlet fra modelleringssoftwaren viste, at strømmen af ​​brint gennem testsektionen var jævn og ensartet, reducere ujævn fordeling af varme gennem sløjfen, der kan bringe opsætningens sikkerhed og levetid i fare. Analyse af resultaterne bekræftede også, at rustfrit stål ville muliggøre en mere bekvem og omkostningseffektiv konstruktion af sløjfen.

"Vi er glade for at tage de første skridt i udviklingen af ​​en unik kapacitet til ekstrem miljøsimulering i Penn State, "Dette forarbejde vil gøre det muligt for os at forfølge forskning, der kan få stor indflydelse på fremtiden for rumforskning."

Med yderligere forskning, Searights indledende arbejde kunne muliggøre udvidet test af materialer, der en dag kunne implementeres for at skabe hurtigere, mere effektiv rumfart ved hjælp af reaktordrevne raketter.

For nylig, Searight modtog George P. Shultz og James W. Behrens Graduate Scholarship fra ANS. Searight vil bruge prisen til at understøtte hans fremtidige arbejde med testsløjfen. $ 3, 000 stipendium hædrer Shultz, en nuklear ikke -spredning fortaler og modtager af præsidentmedaljen om frihed, der døde i februar, og Behrens, et tidligere ANS -bestyrelsesmedlem, der havde adskillige poster i den nationale sikkerhedssektor.