托帕茲核反應堆
托帕茲核反應堆(TOPAZ)是前蘇聯為長期太空使用而開發的一種輕型核反應堆。它由液態金屬冷卻，使用含氫的高溫中子減速劑和高濃縮燃料，通過熱離子轉換器來發電。
命名[編輯]
在最初的討論中，並不清楚托帕茲核反應堆與有些相似的葉尼塞(YENISEI)反應堆是二種不同的系統，當這兩種俄羅斯熱離子反應堆被廣為所知時，美方人員開始將托帕茲稱為托帕茲 I型，葉尼塞稱則為托帕茲II型[1]。
托帕茲 I型[編輯]
1957年，洛斯阿拉莫斯科學實驗室(LASL)的科學家們首次探討了熱離子轉換器反應堆，1958年蘇聯科學家訪問洛斯阿拉莫斯科學實驗室後，1961年開始了對托帕茲 I型系統的試驗，最初開發了單元的葉尼塞反應堆(也稱為托帕茲II型)。隨後 庫爾恰托夫原子能研究所和中央機械製造局展開了對多單元托帕茲-「活躍區熱離子轉換實驗」的俄文縮寫(也稱為托帕茲I型)的研製。1971年進行了第一次地面試驗，當時它的存在已被外界知曉[2] 。由紅星國有公司(克拉斯納亞-茲維茲達) 承擔建造[3][3]。
首座托帕茲反應堆運行了1300個小時，然後關閉進行詳細檢查。它能從12公斤(26磅)的核燃料中提供5千瓦的電力，持續3-5年，該反應堆的質量約為320千克(710磅)。
1987年，托帕茲反應堆首次搭載在「等離子體A實驗衛星」宇宙1818號和宇宙1867號上發射飛行，這兩顆衛星旨在測試托帕茲反應堆和等離子-2SPT] 電引擎。上世紀90年代，這兩座反應堆都遭到損壞，導致放射性冷卻劑泄漏。
擬議的後續等離子體2號衛星原本將配備改進型的反應堆：一座已運行了6個月反應堆，另一座運行了一年，但1988年，米哈伊爾·戈爾巴喬夫取消了該項計劃。
托帕茲II型[編輯]
在托帕茲II型或葉尼塞反應堆中，每支豐度為96％的二氧化鈾燃料棒都嵌套在一根發射器中，發射器又被包在一個集熱器，這些發射器構成37根穿過圓柱形氫化鋯(ZrH)減速劑的燃料元件，所有這些被帶有12個旋轉控制鼓的鈹中子反射體包圍。每根燃料元件都浸沒在液態金屬冷卻劑(鈉鉀合金)中。反應堆的質量為〜1061千克(2339磅)[4]。
1991年1月，在阿爾伯克基舉行的一次科學研討會上，展出的托帕茲II模型引起了美國的購買興趣，戰略防禦計劃組織打算出資1300萬美元從俄羅斯購買兩座托帕茲II型反應堆，計劃用這些反應堆改進美國的型號。然而，美國核能管理委員會裁定，美國法律禁止向蘇聯「出口」這種裝置，儘管該裝置是蘇聯製造的，而且只是模型而非實際的反應堆。過了一個月，核能管理委員會新的裁決才解決了這一問題，並將模型運回了俄羅斯。
美國國務院隨後擱置了這項協議，直到美國國務卿詹姆斯·貝克出面干預才得以解除。這些反應堆中的一座將用於1995年的飛行試驗，為實驗性電推進器提供動力，但有科學家反對，擔心反應堆發出的輻射可能對太空衛星上的儀器造成影響，也有反對天基武器和核能的人提出了抗議。此外，能源部遲遲沒有批准必要的計劃，1993年預算限制迫使該計劃被迫取消[5]。
六座托帕茲II型反應堆及其相關的支持設備被運至美國，美、英、法、俄工程師進行了大量的地面測試。反應堆獨特的設計使它們能夠在不加燃料的情況下進行測試，儘管該試驗項目被認為是成功的，但並無一項可讓任何一座反應堆能飛行起來的航天計劃[6]。
廠商[編輯]
托帕茲反應堆是由俄羅斯國家原子能公司下轄的國家科學工業協會(又稱盧奇)研究所製造[7]。
參考文獻[編輯]
- ^ 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.
- ^ Kulcinski, Gerald L. History of Soviet Topaz Reactors (PDF). Fusion Technology Institute. [2008-09-22]. （原始內容存檔 (PDF)於2020-11-12）.
- ^ 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.
- ^ Nuclear Reactors for Space. World Nuclear Association. May 2006 [2008-09-22]. （原始內容存檔於2013-02-27）.
- ^ Kiernan, Vince. Let's make a deal - U.S. buys former Soviet Topaz 2 nuclear reactors. Common Cause. Summer 1993 [2021-02-18]. （原始內容存檔於2013-08-21）.
- ^ National Research Council. Priorities in Space Science Enabled by Nuclear Power and Propulsion. National Academies. 2006: 114. ISBN 0-309-10011-9.
- ^ General Accounting Office. Nuclear Nonproliferation. Washington DC: DIANE Publishing. 2001: 37. ISBN 1-4289-4905-4.
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