الدفع النووي للطائرات

تُشبه المحركات النووية ذات الدورة المباشرة محركات الطائرات النفاثة التقليدية، ولكن بدون غرف احتراق . يُوجَّه الهواء الساخن المضغوط الناتج عن قسم الضاغط إلى قلب المفاعل النووي . يُسخَّن الهواء أكثر، مما يُبرِّد المفاعل. ثم يُمدَّد الهواء عبر توربين، لتشغيل الضاغط، قبل أن يُطرد بسرعة عالية لتوفير قوة الدفع. والنتيجة النهائية هي أنه بدلاً من استخدام وقود الطائرات النفاثة، يُمكن للطائرة الاعتماد على الحرارة الناتجة عن التفاعلات النووية.

تم اختيار برنامج جنرال إلكتريك، الذي كان مقره في إيفنديل بولاية أوهايو ، لما يتميز به من بساطة وموثوقية وملاءمة وسرعة في التشغيل. استُخدمت فيه ضواغط وتوربينات محركات الطائرات النفاثة التقليدية ، حيث يمر الهواء المضغوط عبر المفاعل ليتم تسخينه قبل أن يُصرّف عبر التوربين.

تتضمن الدورة غير المباشرة تبادلًا حراريًا خارج قلب المفاعل، حيث يُرسل هواء الضاغط إلى مبادل حراري . يقوم قلب المفاعل النووي بتسخين الماء المضغوط أو المعدن السائل وإرساله إلى المبادل الحراري أيضًا. يُبرد هذا السائل الساخن بواسطة الهواء، ثم يُسخن الهواء بواسطة السائل، ويُمرر عبر توربين (يُشغل الضاغط)، ثم يخرج مع العادم، مُوفرًا قوة الدفع.

أُسند برنامج دورة الهواء غير المباشرة إلى شركة برات آند ويتني، في منشأة بالقرب من ميدلتاون، كونيتيكت . وكان من شأن هذا المفهوم أن يُنتج تلوثًا إشعاعيًا أقل بكثير. إذ تقوم حلقة أو حلقتان من المعدن السائل بنقل الحرارة من المفاعل إلى المحرك. وقد تضمن هذا البرنامج قدرًا كبيرًا من البحث والتطوير للعديد من الأنظمة خفيفة الوزن المناسبة للاستخدام في الطائرات، مثل المبادلات الحرارية، ومضخات التوربينات المعدنية السائلة ، والمشعات . إلا أن برنامج الدورة غير المباشرة لم يُحقق أي تقدم يُذكر في إنتاج معدات جاهزة للطيران. ^{[ 4 ]}

كان مشروع مفاعل الطائرات التجريبي الأمريكي (ARE) تجربةً لمفاعل نووي حراري الطيف بقدرة _2.5 ميغاواط حراري، صُمم لتحقيق كثافة طاقة عالية ودرجة حرارة خرج عالية لاستخدامه كمحرك في قاذفة قنابل تعمل بالطاقة النووية. تكمن ميزة الطائرات التي تعمل بالطاقة النووية على الطائرات التقليدية في قدرتها على البقاء في الجو لفترات أطول بكثير، وتوفير رادع استراتيجي نووي فعال ضد أي خصم سوفيتي مسلح نوويًا . كان مشروع ARE أول مفاعل ملح منصهر (MSR) يُبنى ويُشغل. استخدم هذا المفاعل ملح الفلوريد المنصهر NaF – ZrF₄ – _UF₄ (بنسبة 53-41-6 مول %) كوقود ، وتم تهدئة حرارته _بواسطة أكسيد البريليوم (BeO) سداسي التكوين ، وبلغت درجة حرارته القصوى 860 درجة مئوية. استُخدم نظام تبريد احتياطي بسائل الصوديوم لتبريد مواد المهدئ والعاكس . تم تدوير حلقة تبريد ثانوية من غاز الهيليوم حول المبرد الأساسي لنقل الحرارة إلى مشعاع مائي، حيث تم تصريف الحرارة الناتجة إلى الغلاف الجوي. تم تركيب قضبان تحكم في التفاعل ، وتبين أن هذه القضبان لا تحدد قدرة خرج المفاعل النووي المنشط (ARE)، بل إن الطلب على الطاقة هو الذي يحددها، مما يؤثر على درجات حرارة المدخل والمخرج بسبب معامل درجة حرارة التفاعل السالب . تم تشغيل المفاعل النووي المنشط (ARE) بكامل طاقته لمدة 221 ساعة حتى بلغ ذروة 2.5 ميغاواط _حراري . ^{[ 5 ]}  

On September 5, 1951, the USAF awarded Convair a contract to fly a nuclear reactor on board a modified Convair B-36 Peacemaker^[6] under the MX-1589 project of the ANP program. The NB-36H Nuclear Test Aircraft (NTA) was to study shielding requirements for an airborne reactor, to determine whether a nuclear aircraft was feasible. This was the only known airborne reactor experiment by the U.S. with an operational nuclear reactor on board. The NTA flew a total of 47 times testing the reactor over West Texas and Southern New Mexico. The reactor, named the Aircraft Shield Test Reactor (ASTR), was operational but did not power the aircraft; the primary purpose of the flight program was testing the effectiveness of the shielding. Based on the results of the NTA, the X-6 and the entire nuclear aircraft program was abandoned in 1961.

As part of the AEC/USAF ANP program, in 1956 modified General Electric J47s were first operated on nuclear power using a reactor test assembly known as Heat Transfer Reactor Experiment 1 (HTRE-1). HTRE-1, which used vertically-oriented control rods, was reconfigured with a removable core to become HTRE-2 for additional testing. HTRE-3 was built separately to test horizontally-oriented control rods as appropriate for use in an airframe.^[7]

The decommissioned HTRE-2 and HTRE-3 reactors and test assemblies can be viewed by the public in the Experimental Breeder Reactor I parking lot at Idaho National Laboratory.

On February 5, 1957, another reactor was made critical at the Critical Experiments Facility of the Oak Ridge National Laboratory (ORNL) as part of the circulating-fuel reactor program of the Pratt & Whitney Aircraft Company (PWAC). This was called the PWAR-1, the Pratt & Whitney Aircraft Reactor-1. The purpose of the experiment was to experimentally verify the theoretically predicted nuclear properties of a PWAC reactor. The experiment was only run briefly; by the end of February 1957 all data had been taken and disassembly had begun. The experiment was run at essentially zero nuclear power. The operating temperature was held constant at approximately 675 °C (1,247 °F), which corresponds closely to the design operating temperature of the PWAR-l moderator; this temperature was maintained by external heaters. Like the 2.5 MWt ARE, the PWAR-1 used NaF-ZrF4-UF4 as the primary fuel and coolant.^[8]