Ядерный реактор TOPAZ — это легкий ядерный реактор, разработанный для долгосрочного использования в космосе Советским Союзом . Охлаждаемый жидким металлом, он использует высокотемпературный замедлитель, содержащий водород и высокообогащенное топливо, и вырабатывает электроэнергию с помощью термоэмиссионного преобразователя .
В ходе первоначальных обсуждений не было ясно, что реакторы TOPAZ и несколько похожий реактор ENISEI являются разными системами, и когда существование двух российских термоэмиссионных реакторов стало общеизвестным, американские специалисты начали называть TOPAZ TOPAZ-I, а ENISEI TOPAZ-II. [1]
Первые термоэмиссионные реакторы-преобразователи обсуждались учеными в Лос-Аламосской научной лаборатории (LASL) в 1957 году. После визита советских ученых в LASL в 1958 году они провели испытания систем TI в 1961 году, первоначально разработав одноячеистый реактор ENISY (также известный как TOPAZ-II). Работа была проведена Институтом атомной энергии им. Курчатова и Центральным бюро машиностроения по разработке многоячеистого TOPAZ (также известного как TOPAZ-I), русская аббревиатура от «термоэмиссионный эксперимент с конверсией в активной зоне». Он был впервые испытан на земле в 1971 году, когда его существование было признано. [2] Он проходил под эгидой Красной Звезды . [3]
Первый реактор TOPAZ проработал 1300 часов (~54 дня), а затем был остановлен для детального обследования. Он был способен вырабатывать 5 кВт мощности в течение 3–5 лет из 12 кг (26 фунтов) топлива. Масса реактора составляла ~ 320 кг (710 фунтов).
TOPAZ впервые был запущен в 1987 году на экспериментальных спутниках Plazma-A Kosmos 1818 и Kosmos 1867 , которые были предназначены для испытания как реактора TOPAZ, так и электродвигателя Plazma-2 SPT . Оба реактора были повреждены в 1990-х годах, что привело к утечке радиоактивного теплоносителя.
Предложенный вариант Плазмы-2 должен был быть оснащен усовершенствованным реактором. Один реактор проработал 6 месяцев, другой — год. Программа была отменена Михаилом Горбачевым в 1988 году.
В реакторе TOPAZ-II или ENISY каждый топливный стержень (обогащенный на 96% UO 2 ) заключен в оболочку излучателя, который в свою очередь окружен коллектором, и они образуют 37 топливных элементов, которые проникают в цилиндрический замедлитель из гидрида циркония (ZrH). Он в свою очередь окружен бериллиевым отражателем нейтронов с 12 вращающимися барабанами управления. Жидкометаллический теплоноситель ( NaK ) окружает каждый топливный элемент. Масса реактора составляет ~ 1061 кг (2339 фунтов). [4]
В январе 1991 года модель TOPAZ-II была представлена на научном симпозиуме в Альбукерке , вызвав интерес в США к возможной покупке, и Организация стратегической оборонной инициативы организовала покупку двух реакторов Topaz-2 из России на общую сумму 13 миллионов долларов, планируя использовать реакторы для улучшения американских моделей. Однако Комиссия по ядерному регулированию постановила, что законодательство США запрещает «экспорт» такого устройства в Советский Союз — даже несмотря на то, что оно было советского производства и представляло собой всего лишь модель, а не настоящий реактор. Прошел месяц, прежде чем ситуация была разрешена новым постановлением NRC, и модель вернулась в Россию.
Затем Государственный департамент США приостановил сделку, которая была снята только после вмешательства государственного секретаря Джеймса Бейкера . Один из реакторов должен был быть использован в летных испытаниях в 1995 году для питания экспериментальных электрических двигателей, но были возражения со стороны ученых, обеспокоенных возможным воздействием излучения, испускаемого реактором, на приборы на борту космических спутников, и протесты со стороны противников космического оружия и ядерной энергетики. Кроме того, Министерство энергетики не спешило давать необходимое одобрение, и в 1993 году бюджетные ограничения вынудили отменить программу. [5]
Шесть реакторов TOPAZ-II и их сопутствующее вспомогательное оборудование были доставлены в США, где они прошли обширные наземные испытания с участием американских, британских, французских и российских инженеров. Уникальная конструкция реакторов позволяла проводить испытания без заправки топливом. Хотя программа испытаний была признана успешной, никаких планов по запуску реакторов не было. [6]
Реактор ТОПАЗ производится Государственным научно-исследовательским институтом, научно-производственным объединением (также известным как «Луч»), который находится в ведении Министерства атомной энергии России . [7]