VISTA uzay gemisinin füzyon roket motorunun tasarımı

Mars ötesi gezegenlere insan veya ağır kargo taşımak için öngörülen bir uzay aracının, füzyon roket motorunun temel nükleer değerleri incelenmiştir. Füzyon yakıt artıklarından teşekkül eden plazmada biriken füzyon enerjisi bir magnetik nozulun yardımıyla roket itmesine sebeb olur. Bu tasarımda kritik bir değer teşkil eden süper iletkenli mıknatıs sargılarının nükleer ısınımı araştırılmıştır. Sargılardaki nötron ve $\gamma$-ışınlarının etkisi, (r-z) geometrisinde uzay açısının $S_{12}P_3$ yaklaşımı ile 96 sektöre bölünerek hesaplanmıştır. 35 000 MW bir füzyon gücü için sargılardaki toplam, azami nükleer ısı üretme yoğunluğu 49.4 $\mu.W/cm^3$ olarak hesaplanmıştır. Azami nötron ısı yoğunluğu 23.3 $\mu.W/cm^3$ ve azami $\gamma$-ışını ısı yoğunluğu 28.6 $\mu.W/cm^3$ tür (farklı bir noktada). Bununla birlikte sargılardaki ortalama ısı üretimi değeri çok daha düşüktür ve ortalama nötron, $\gamma$-ışını ve toplam nükleer ısı yoğunlukları sırayla 1.51, 5.74 ve 7.25 $\mu.W/cm^3$ tür. Çalışmamız göstermiştir ki, mıknatıs ısınımı, 52 500 MW'a kadar bir füzyon roket gücü için dahi bu günün teknolojisinin süper iletken sargıların tasarım sınırlarının altında kalmıştır.

Design of fusion rocket engine of VISTA spacecraft

Basic nuclear data for a design concept with inertial fusion energy propulsion for maimed or heavy cargo deep space missions beyond earth orbit have been evaluated. Fusion power deposited in the inertial confined fuel pellet debris delivers the rocket propulsion with the help of a magnetic nozzle. As a critical issue of this design, the nuclear heating of the super conducting magnet coils is investigated. The neutron and $\gamma$-ray penetration into the coils is calculated with the help of the SN methods with a high angular resolution in (r-z) geometry in $S_{12}P_3$ approximation by dividing the solid space angle in 96 sectors. Total peak nuclear heat generation density in the coils is calculated as 49.4 $\mu.W/cm^3$ by a fusion power of 35 000 MW. Peak neutron heating density is 23.3 $\mu.W/cm^3$ and peak $\gamma$-ray heating density is 28.6 $\mu.W/cm^3$ (on a different point). However, volume averaged heat generation in the coils is much lower, namely 1.51, 5.74 and 7.25 $\mu.W/cm^3$ for neutron, $\gamma$-ray and total nuclear heating, respectively. The investigations have shown that the magnet heating remains below the design limit of the super conducting coils of present day technology for a fusion power generation up to 52 500 MW.

___