Ana Sayfa Makale Yeşeren Teknoloji Hidrojen test döngüsüyle uzayda nükleer reaktörler

Hidrojen test döngüsüyle uzayda nükleer reaktörler

Nükleer füzyon, iki hafif elementin tepkimeler sonucunda birleşerek daha ağır bir atom oluşturması olarak tanımlanabilir. Füzyon enerjisi ise bu tepkimelerin kullanılmasıyla elde edilen enerjidir. Çevre için zararlı atık oluşturmayan füzyon enerjisi temiz ve zararsızdır. 

Füzyon enerjisi, istenilen yapı ve malzeme performansını korurken yüksek sıcaklığa dayanabilen malzemelerin tasarımı ve test edilememesi enerjinin ticari gelişiminde çözülmesi gereken başlıca sorunlardandır. Aynı sorun  gelişmiş fisyon reaktörü ve nükleer termal roket (NTR) sistemlerinde de devam etmektedir.

Nükleer tepkimelerden gelen ısıyı yakıt olarak kullanan NTR, bir gün insanlı uzay uçuşlarında veya Mars’a gönderilen uzay araçlarında bile kullanılabilir. Önemli kriter ise kullanılacak malzemelerin yüksek ısıya ve yüksek hızdaki parçacıkların bombardımanına dayanabilmesidir.  Bu sorunları çözüme kavuşturan Pensilvanya Eyalet Üniversitesi, malzemelerin daha yüksek ısıya dayanabilmesini sağlamak adına sıcaklığın 1200 °C’ye kadar ulaşabildiği bir çalışma gerçekleştirdiler2.

Hidrojen test döngüsü

Will Searight, Penn State‘de nükleer mühendisliğinde bir doktora öğrencisidir. Kendisi bu gelişmeleri daha iyi hale getirebilecek araştırmalara katkıda bulunuyor. NTR’yi daha iyi araştırmak isteyen  Searight, hidrojen test döngüsü adıyla bilinen bir laboratuvar deneyi simüle etti. Deney aslında çekirdekten geçen hidrojenin yaklaşık 1200 °C‘a varan sıcaklıklarda uzayda yapılan bir reaktör çalışmasını taklit ediyor3. Hidrojen test döngüsünün ayrıntılı çizimleri Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) tarafından gerçekleştirildi. Searight, çizimlerde yer alan bağlantı tüplerindeki boyutları kullanarak simülasyonu geliştirmeyi başardı. 

Will Searight, “USNC’nin sıcak bir hidrojen ortamında bileşenlerin nasıl davrandığını anlaması roketlerimizin uzaya fırlatılması için oldukça önemlidir. On yıl içinde NTR motoru üretmeyi hedefleyen NASA’nın böyle önemli bir projesinde yer aldığımız için oldukça heyecanlıyız.” sözlerini dile getirdi. 

Şekil. Sıcak hidrojen test döngüsü3.

Doç. Dr. Leigh Winfrey‘nin önerisiyle Ansys Fluent isimli bir modelleme yazılımı kullanıldı. Searight, dış çapı yaklaşık iki inç olan paslanmaz çelik bir boruyu simülasyonun tasarlanmasında kullandı. Döngü bir hidrojen pompasına bağlıdır ve ısıtma parçası sıcak hidrojeni test bölümüne yönlendirir. 

Searight, “Hidrojeni 1.200 oC’ye kadar ısıtmak mümkündür. Isıdaki düşmeyi önlemek için test bölümünde bir ısıtma parçasının bulunması gerekir. Modelleme yazılımındaki elde edilen verilere göre test bölümdeki hidrojen akışının düzgün olduğu anlaşılmış ve döngüde eşit olmayan ısı dağılımı da yazılım sayesinde kontrol altına alınmıştır. Ayrıca döngünün tasarlanmasında paslanmaz çeliğin kullanılması maliyet açısından uygun olduğu da doğrulandı.”

Doç. Dr. Winfrey, “Penn State‘de eşsiz bir simülasyonu geliştirmenin ilk adımlarını atmaktan heyecan duyuyoruz. Bu çalışma uzay araştırmaları üzerinde büyük bir etki yaratabilir” dedi. İleride yapılacak daha fazla araştırma ile Searight’ın yaptığı bu çalışma, bir gün reaktör yakıtlı roketler sayesinde daha hızlı uzay yolculuğunda kullanılacak malzemelerin genişletilmiş testlerinin yapılmasını sağlayabilir. 

 

Kaynaklar

1-https://www.nasa.gov/press-release/nasa-announces-nuclear-thermal-propulsion-reactor-concept-awards
2-Searight, W., & Winfrey, L. (2021). Preliminary Design of a Hot Hydrogen Test Loop for Plasma-Material-Interaction Evaluation. https://doi.org/10.1080/15361055.2021.1913373
3https://phys.org/news/2021-09-experimental-loop-simulating-nuclear-reactors.html 

Yorum Yap

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Son Yazılar

Son Yorumlar