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托帕兹核反应堆

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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][4]

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)[5]

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[6]

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[7]

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[8]

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]. 
  3. ^ 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. ^ 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. 
  5. ^ Nuclear Reactors for Space. World Nuclear Association. May 2006 [2008-09-22]. 
  6. ^ Kiernan, Vince. Let's make a deal - U.S. buys former Soviet Topaz 2 nuclear reactors. Common Cause. Summer 1993. 
  7. ^ National Research Council. Priorities in Space Science Enabled by Nuclear Power and Propulsion. National Academies. 2006: 114. ISBN 0-309-10011-9. 
  8. ^ General Accounting Office. Nuclear Nonproliferation. Washington DC: DIANE Publishing. 2001: 37. ISBN 1-4289-4905-4.