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托帕兹核反应堆

托帕兹核反应堆(TOPAZ)是前苏联为长期太空使用而开发的一种轻型核反应堆。它由液态金属冷却，使用含氢的高温中子减速剂和高浓缩燃料，通过热离子转换器来发电。

命名

在最初的讨论中，并不清楚托帕兹核反应堆与有些相似的叶尼塞(YENISEI)反应堆是二种不同的系统，当这两种俄罗斯热离子反应堆被广为所知时，美方人员开始将托帕兹称为托帕兹 I型，叶尼塞称则为托帕兹II型[1]。

托帕兹 I型

 
按比例缩小的托帕兹核反应堆模型

1957年，洛斯阿拉莫斯科学实验室(LASL)的科学家们首次探讨了热离子转换器反应堆，1958年苏联科学家访问洛斯阿拉莫斯科学实验室后，1961年开始了对托帕兹 I型系统的试验，最初开发了单元的叶尼塞反应堆(也称为托帕兹II型)。随后 库尔恰托夫原子能研究所和中央机械制造局展开了对多单元托帕兹-“活跃区热离子转换实验”的俄文缩写(也称为托帕兹I型)的研制。1971年进行了第一次地面试验，当时它的存在已被外界知晓[2] 。由红星国有公司(克拉斯纳亚-兹维兹达) 承担建造[3][3]。

首座托帕兹反应堆运行了1300个小时，然后关闭进行详细检查。它能从12公斤(26磅)的核燃料中提供5千瓦的电力，持续3-5年，该反应堆的质量约为320千克(710磅)。

1987年，托帕兹反应堆首次搭载在“等离子体A实验卫星”宇宙1818号和宇宙1867号上发射飞行，这两颗卫星旨在测试托帕兹反应堆和等离子-2SPT] 电引擎。上世纪90年代，这两座反应堆都遭到损坏，导致放射性冷却剂泄漏。

拟议的后续等离子体2号卫星原本将配备改进型的反应堆：一座已运行了6个月反应堆，另一座运行了一年，但1988年，米哈伊尔·戈尔巴乔夫取消了该项计划。

托帕兹II型

在托帕兹II型或叶尼塞反应堆中，每支丰度为96％的二氧化铀燃料棒都嵌套在一根发射器中，发射器又被包在一个集热器，这些发射器构成37根穿过圆柱形氢化锆(ZrH)减速剂的燃料元件，所有这些被带有12个旋转控制鼓的铍中子反射体包围。每根燃料元件都浸没在液态金属冷却剂(钠钾合金)中。反应堆的质量为〜1061千克(2339磅)[4]。

1991年1月，在阿尔伯克基举行的一次科学研讨会上，展出的托帕兹II模型引起了美国的购买兴趣，战略防御计划组织打算出资1300万美元从俄罗斯购买两座托帕兹II型反应堆，计划用这些反应堆改进美国的型号。然而，美国核能管理委员会裁定，美国法律禁止向苏联“出口”这种装置，尽管该装置是苏联制造的，而且只是模型而非实际的反应堆。过了一个月，核能管理委员会新的裁决才解决了这一问题，并将模型运回了俄罗斯。

美国国务院随后搁置了这项协议，直到美国国务卿詹姆斯·贝克出面干预才得以解除。这些反应堆中的一座将用于1995年的飞行试验，为实验性电推进器提供动力，但有科学家反对，担心反应堆发出的辐射可能对太空卫星上的仪器造成影响，也有反对天基武器和核能的人提出了抗议。此外，能源部迟迟没有批准必要的计划，1993年预算限制迫使该计划被迫取消[5]。

六座托帕兹II型反应堆及其相关的支持设备被运至美国，美、英、法、俄工程师进行了大量的地面测试。反应堆独特的设计使它们能够在不加燃料的情况下进行测试，尽管该试验项目被认为是成功的，但并无一项可让任何一座反应堆能飞行起来的航天计划[6]。

厂商

托帕兹反应堆是由俄罗斯国家原子能公司下辖的国家科学工业协会(又称卢奇)研究所制造[7]。

参考文献

  1. ^ Hyder, Anthony K.; R. L. Wiley; G. Halpert; S. Sabripour; D. J. Flood  . Spacecraft Power Technologies. Imperial College Press. 2000: 256. ISBN 1-86094-117-6. 
  2. ^ Kulcinski, Gerald L. History of Soviet Topaz Reactors (PDF). Fusion Technology Institute. [2008-09-22]. （原始内容存档 (PDF)于2020-11-12）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Hyder, Anthony K.; R. L. Wiley; G. Halpert; S. Sabripour; D. J. Flood. Spacecraft Power Technologies. Imperial College Press. 2000: 255 [2009-01-06]. ISBN 1-86094-117-6. 
  4. ^ Nuclear Reactors for Space. World Nuclear Association. May 2006 [2008-09-22]. （原始内容存档于2013-02-27）. 
  5. ^ Kiernan, Vince. Let's make a deal - U.S. buys former Soviet Topaz 2 nuclear reactors. Common Cause. Summer 1993 [2021-02-18]. （原始内容存档于2013-08-21）. 
  6. ^ National Research Council. Priorities in Space Science Enabled by Nuclear Power and Propulsion. National Academies. 2006: 114. ISBN 0-309-10011-9. 
  7. ^ General Accounting Office. Nuclear Nonproliferation. Washington DC: DIANE Publishing. 2001: 37. ISBN 1-4289-4905-4. 

 

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