propulsione termica nucleare, che utilizza il calore delle reazioni nucleari come combustibile, potrebbe essere utilizzato un giorno nel volo spaziale umano, forse anche per missioni su Marte. Il suo sviluppo, però, pone una sfida. I materiali utilizzati devono essere in grado di resistere al calore elevato e al bombardamento regolare di particelle ad alta energia.

Will Searight, uno studente di dottorato in ingegneria nucleare alla Penn State, sta contribuendo alla ricerca che potrebbe rendere più fattibili questi progressi. Ha pubblicato i risultati di una simulazione di progettazione preliminare in Scienza e tecnologia della fusione , una pubblicazione dell'American Nuclear Society.

Per studiare meglio la propulsione termica nucleare, Searight ha simulato un esperimento di laboratorio su piccola scala noto come circuito di prova dell'idrogeno. La configurazione imita il funzionamento di un reattore nello spazio, dove l'idrogeno che scorre viaggia attraverso il nucleo e spinge il razzo, a temperature fino a quasi 2, 200 gradi Fahrenheit. Searight ha sviluppato la simulazione utilizzando le dimensioni dei disegni dettagliati dei tubi di collegamento, i componenti che costituiscono gran parte del circuito di prova attraverso il quale scorre l'idrogeno. Il partner industriale Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) ha fornito i disegni.

"Capire come si comportano i componenti dell'USNC in un ambiente a idrogeno caldo è fondamentale per portare i nostri razzi nello spazio, "Searight ha detto. "Siamo entusiasti di lavorare con uno dei principali appaltatori di reattori per il progetto di propulsione nucleare spaziale della NASA, che sta cercando di produrre un motore di propulsione termica nucleare dimostrativa entro un decennio."

Consigliato da Leigh Winfrey, professore associato e cattedra di ingegneria nucleare, Searight ha utilizzato Ansys Fluent, un software di modellazione, progettare un circuito di simulazione da un tubo in acciaio inossidabile con un diametro esterno di circa due pollici. Nel modello, il circuito si collega a una pompa dell'idrogeno e fa circolare l'idrogeno caldo attraverso una sezione di prova adiacente a un elemento riscaldante.

Searight ha scoperto che mentre il riscaldamento costante dell'idrogeno a 2, 200 gradi Fahrenheit era possibile, era necessario includere un elemento riscaldante direttamente sopra la sezione di prova per evitare una riduzione del riscaldamento. I dati raccolti dal software di modellazione hanno mostrato che il flusso di idrogeno attraverso la sezione di prova era regolare e uniforme, riducendo la distribuzione irregolare del calore attraverso il circuito che potrebbe compromettere la sicurezza e la durata dell'installazione. L'analisi dei risultati ha anche verificato che l'acciaio inossidabile consentirebbe una costruzione più conveniente ed economica del circuito.

"Siamo entusiasti di fare i primi passi nello sviluppo di una capacità unica per la simulazione di ambienti estremi a Penn State, "Ha detto Winfrey. "Questo lavoro preliminare ci consentirà di proseguire la ricerca che potrebbe avere un impatto importante sul futuro dell'esplorazione dello spazio".

Con ulteriori ricerche, Il lavoro preliminare di Searight potrebbe consentire test estesi di materiali che un giorno potrebbero essere implementati per creare più velocemente, viaggi spaziali più efficienti utilizzando razzi alimentati da reattori.

Recentemente, Searight ha ricevuto la borsa di studio per laureati George P. Shultz e James W. Behrens da ANS. Searight utilizzerà il premio per supportare il suo lavoro futuro sul ciclo di prova. I $ 3, 000 borse di studio onori Shultz, un sostenitore della non proliferazione nucleare e destinatario della Medaglia presidenziale della libertà morto a febbraio, e Behrens, un precedente membro del consiglio di amministrazione di ANS che ha ricoperto numerosi incarichi nel settore della sicurezza nazionale.