用于模拟太空核反应堆的实验回路

使用核反应产生的热量作为燃料的核热推进有朝一日可以用于载人航天，甚至可能用于火星任务。然而，它的发展带来了挑战。所使用的材料必须能够承受高热量和定期高能粒子的轰击。

宾夕法尼亚州立大学核工程博士生 Will Searight 正在为使这些进步更可行的研究做出贡献。他在美国核学会的出版物Fusion Science and Technology 上发表了初步设计模拟的结果。

为了更好地研究核热推进，Searight 模拟了一个称为氢测试回路的小规模实验室实验。该装置模拟了一个反应堆在太空中的运行，在那里流动的氢气穿过核心并推动火箭——温度高达近 2200 华氏度。Searight 使用连接管详细图纸中的尺寸开发了模拟，这些组件构成了氢气流过的大部分测试回路。行业合作伙伴 Ultra Safe 核公司 (USNC) 提供了图纸。

“了解 USNC 的组件在热氢气环境中的表现对于将我们的火箭送入太空至关重要，”Searight 说。“我们很高兴能与美国宇航局太空核推进项目的主要反应堆承包商之一合作，该项目正在寻求在十年内生产示范核热推进发动机。”

在核工程副教授兼本科课程主席 Leigh Winfrey 的建议下，Searight 使用建模软件 Ansys Fluent 设计了一个外径约为 2 英寸的不锈钢管的仿真回路。在模型中，回路连接到氢气泵，并通过与加热元件相邻的测试部分循环热氢气。

Searight 发现，虽然可以将氢气持续加热到 2,200 华氏度，但有必要在测试部分的正上方包括一个加热元件，以防止加热减少。从建模软件收集的数据表明，通过测试部分的氢气流平稳均匀，减少了通过回路的热量分布不均，这可能会危及装置的安全性和使用寿命。结果分析还证实，不锈钢可以更方便、更经济地建造回路。

“我们很高兴能够在宾夕法尼亚州立大学为极端环境模拟开发独特的能力迈出第一步，”温弗瑞说。“这项初步工作将使我们能够开展可能对太空探索的未来产生重大影响的研究。”

通过进一步的研究，Searight 的初步工作可以扩大对材料的测试，有朝一日可以实施这些材料，以使用反应堆燃料火箭创造更快、更有效的太空旅行。

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