基于尘埃等离子体的裂变碎片火箭发动机的中子学初步研究

摘要

NASA的NIAC项目2011年支持了一种新概念推进方案——基于尘埃等离子体的裂变碎片火箭发动机(FFRE).强耦合尘埃等离子体在一定条件下可以自组织为尘埃等离子体晶体,具有低温、稳定和易于控制等性质。此方案设计堆芯包含一定质量的含铀尘埃等离子体晶体,尘埃直径小于1μm,裂变高能碎片大部分可从尘埃等离子体中逃逸,经外磁场偏转朝堆芯底端开口处喷出,反冲产生推力。尘埃的高表面积体积比,可以通过辐射换热很好地冷却堆芯。本文回顾几种核动力及新概念推进方案,比较分析了FFRE用于深空探测的优势。基于此,本文用MCNP4C构建一简单均匀化模型,计算反应堆临界质量,并考虑核燃料选择,慢化剂/反射层选择和厚度,堆芯结构对临界质量和总质量的影响。