美国物理学会
这组碳测试样品(前、左、后、右)在DIII-D托卡马克中暴露于热等离子体
研究人员测量了这种极端热和粒子流下的烧蚀行为，以模拟航天器隔热罩在进入大气过程中经历的情况
信用:加州大学圣地亚哥分校能源研究中心 长期以来，航天器在进入行星大气时使用隔热罩进行保护
未来的外太阳系任务将需要比目前更复杂的材料
然而，研究新型屏蔽材料所需的极端加热条件在地球上很难通过实验实现
在通用原子公司(GA)的DIII-D国家聚变设施工作的科学家最近开发了一种创新方法，利用聚变反应堆内部的条件来测试隔热材料
在高达每小时100，000英里的高速大气进入过程中，例如太阳系气体巨行星任务中所需的那些，航天器周围的大气气体变成等离子体(离子和电子的混合物)，航天器温度上升到10，000华氏度以上
为了保护科学有效载荷，隔热材料以受控的方式燃烧(或烧蚀)，这将多余的热量从航天器的核心带走
过去使用激光、等离子体射流和超高速射弹的隔热罩测试方法遇到的问题是，没有一种方法能够模拟高速进入大气层时的精确加热条件
因此，过去的隔热罩行为模型有时会高估或低估隔热罩的烧蚀，从而导致潜在的灾难性结果
DIII-D的实验表明，聚变反应堆在运行过程中产生的热等离子体提供了一种新的、潜在的改进的隔热罩行为建模方法，特别是对于进入金星或气态巨行星(图1)
“DIII-D中等离子体的某些区域非常接近隔热板以极高速度撞击行星大气时产生的条件，”Dr
加州大学圣地亚哥分校的德米特里·奥尔洛夫，他领导了多机构团队
“我们进行这些实验的目的是利用这些条件和DIII-D丰富的诊断仪器套件，开发一个更精确的隔热罩行为模型
" 在DIII-D进行的大多数实验都是为了探索聚变能的物理基础
DIII-D的一个现有系统被称为偏滤器材料评估系统(DiMES)，旨在测试未来反应堆的材料
DiMES可以将测试样品暴露在各种等离子体条件下，并通过等离子体发射测试材料的小球
博士；医生
奥洛夫和博士
奥本大学的Eva Kostadinova与一组科学家、本科生和研究生合作，利用DiMES研究了极端条件下碳样品的烧蚀率，并完善了碳基隔热板行为的预测模型(图2)
这些实验是在前沿科学项目的支持下进行的，该项目由美国政府资助
S
能源部，为更广泛的物理界提供进入DIII-D和其他由能源部资助的设施的途径
“DIII-D的特点是相对较长的等离子体放电，在边缘有控制良好的稳定条件，那里的热通量和流速与大气进入时相似，”Dr
Kostadinova
“这使我们能够模拟隔热板经历的一些最极端的情况，例如伽利略探测器进入木星大气层，而不需要以高速发射我们的测试样品
" 在DIII-D托卡马克截面的可见光(左上)、全视图(右)和放大视图(左下)中观察到的碳粒子剥落(“碎裂”)过程，偏滤器诊断DiMES发射器的位置和粒子的路径
信用:加州大学圣地亚哥分校能源研究中心
因为DIII-D是世界上最灵活和高度仪表化的聚变反应堆之一，该团队能够收集一系列关于样品行为的有价值的数据
通过使用缩放技术，他们将结果外推至更大的射弹和更长的暴露时间，这使得可以与以前的空间飞行任务和其他地面测试设施的实验数据进行比较
这些结果为开发金星和木星卫星计划任务所需的先进隔热材料提供了相当大的希望
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
