طراحی و تحلیل رآکتورهای میکروپلاسمایی مبتنی بر توریوم برای پیشرانش هوایی، همراه با چرخه پیش گرمایش پلاسما–هسته ای و کنترل مگنتوهیدرودینامیکی (MHD) در اگزوز موتورجت های فوق تاکتیکی

در این پژوهش، یک معماری مفهومی نوآورانه برای پیشرانه جت های هیپرسونیک و تاکتیکی نسل آینده ارائه می گردد که بر پایه رآکتورهای میکروپلاسمایی مبتنی بر چرخه سوخت توریوم (Th-۲۳۲ → U-۲۳۳)، ادغام چرخه پیش گرمایش تلفیقی پلاسما–هسته ای و سامانه کنترل مگنتوهیدرودینامیکی (MHD) در نازل اگزوز استوار است. رآکتور میکروپلاسمایی توریوم با بهره گیری از پلاسمای غیرتعادلی محدودشده در مقیاس میکرو، چگالی توان حرارتی بالا (در حد مگاوات بر مترمکعب) و پلاسماهای داغ پایدار تولید می نماید، که این امر راندمان رانش ویژه (Isp) را افزایش و وابستگی به سوخت های فسیلی را به طور قابل توجهی کاهش می دهد. در این سیستم، هوای ورودی پس از فشرده سازی اولیه، وارد ناحیه پیش گرمایش پلاسما–هسته ای شده و از طریق تزریق انرژی نوترونی و یونیزاسیون غیرتعادلی به دماهای پلاسمایی (بالای ۵۰۰۰ K) می رسد، که فراتر از محدودیت های چرخه های احتراق شیمیایی مرسوم است. خروجی یونیزه شده سپس توسط accelerator MHD فارادی (با اعمال میدان مغناطیسی عمودی و نیروی لورنتز) در نازل اگزوز هدایت، شتاب دهی و پایدارسازی می گردد، منجر به بهبود بردار رانش، کاهش drag حرارتی و افزایش نسبت رانش به وزن تا ۲۰-۳۰% می شود. مدلسازی عددی بر پایه معادلات MHD دوسیاله (با کدهای شبیه سازی مانند OpenFOAM) و نوترونیک مونت کارلو (MCNP) انجام شده که ضریب تکثیر نوترون (k_eff > ۱.۰۵) در رژیم بریدینگ توریوم و کاهش پسماندهای بلندعمر را تایید می نماید. چالش های کلیدی نظیر پایداری پلاسمای میکرو در حضور میدان های قوی و مدیریت گرادیان های حرارتی با راهکارهایی مانند seeding قلیایی (Cs/K) برای افزایش هدایت الکتریکی برطرف گردیده است. این معماری، پتانسیل تحول آفرینی در پیشرانه های هوایی دفاع پیشرفته را با برد عملیاتی نامحدود، عملکرد پایدار در ارتفاعات بالا و کاهش امضای راداری/حرارتی دارا می باشد.

کلیدواژه ها:

رآکتور میکروپلاسمایی ، چرخه سوخت توریوم ، پیشرانش هسته ای هوایی ، کنترل مگنتوهیدرودینامیکی (MHD) ، پیش گرمایش پلاسما–هسته ای ، موتور جت تاکتیکی ، رانش ویژه (Isp) ، پلاسمای غیرتعادلی ، شتاب دهنده MHD ، پیشرانه هیپرسونیک