El reactor nuclear TOPAZ es un reactor nuclear ligero desarrollado para uso espacial a largo plazo por la Unión Soviética . Está refrigerado por metal líquido, utiliza un moderador de alta temperatura que contiene hidrógeno y combustible altamente enriquecido y produce electricidad mediante un convertidor termoiónico .
En las discusiones iniciales, no estaba claro que TOPAZ y los reactores YENISEI, algo similares, fueran sistemas diferentes, y cuando la existencia de los dos reactores termoiónicos rusos se hizo generalmente conocida, el personal estadounidense comenzó a referirse a TOPAZ como TOPAZ-I y a YENISEI como TOPAZ-II. [1]
Los primeros reactores de conversión termoiónica fueron analizados por científicos del Laboratorio Científico de Los Álamos (LASL) en 1957. Tras la visita de científicos soviéticos al LASL en 1958, realizaron pruebas en sistemas TI en 1961, desarrollando inicialmente el reactor ENISY de una sola celda (también conocido como TOPAZ-II). El trabajo fue llevado a cabo por el Instituto Kurchatov de Energía Atómica y la Oficina Central de Construcción de Maquinaria para desarrollar el TOPAZ multicelular (también conocido como TOPAZ-I), un acrónimo ruso de "Experimento Termiónico con Conversión en Zona Activa". Se probó por primera vez en tierra en 1971, cuando se reconoció su existencia. [2] Fue bajo los auspicios de Krasnaya Zvezda . [3]
El primer reactor TOPAZ funcionó durante 1.300 horas (unos 54 días) y luego se apagó para examinarlo en detalle. Era capaz de suministrar 5 kW de energía durante 3 a 5 años a partir de 12 kg (26 lb) de combustible. La masa del reactor era de unos 320 kg (710 lb).
El TOPAZ voló por primera vez en 1987 a bordo de los satélites experimentales Plazma-A Kosmos 1818 y Kosmos 1867 , que tenían como objetivo probar tanto el reactor TOPAZ como el motor eléctrico Plasma-2 SPT . Ambos reactores resultaron dañados en la década de 1990, lo que provocó una fuga de refrigerante radiactivo.
Se suponía que el Plasma-2, que se había propuesto como sucesor, iba a estar equipado con un reactor mejorado. Uno de los reactores funcionó durante seis meses y el otro durante un año. El programa fue cancelado por Mijail Gorbachov en 1988.
En el reactor TOPAZ-II o ENISY, cada núcleo de combustible ( UO 2 enriquecido al 96 % ) está envuelto en un emisor que a su vez está rodeado por un colector, y estos forman los 37 elementos combustibles que penetran en el moderador cilíndrico de hidruro de circonio (ZrH). Este a su vez está rodeado por un reflector de neutrones de berilio con 12 tambores de control giratorios. Un refrigerante de metal líquido ( NaK ) rodea cada elemento combustible. La masa del reactor es de ~ 1061 kg (2339 lb). [4]
En enero de 1991, se exhibió un modelo del TOPAZ-II en un simposio científico en Albuquerque , lo que generó interés en los EE. UU. por su posible compra y la Organización de Iniciativa de Defensa Estratégica acordó comprar dos reactores Topaz-2 a Rusia por un total de 13 millones de dólares, con la intención de utilizar los reactores para mejorar los modelos estadounidenses. Sin embargo, la Comisión Reguladora Nuclear dictaminó que la ley estadounidense prohibía la "exportación" de un dispositivo de ese tipo a la Unión Soviética, a pesar de que era de fabricación soviética y solo un modelo, no un reactor real. Pasó un mes antes de que la situación se resolviera mediante una nueva resolución de la NRC y el modelo regresara a Rusia.
El Departamento de Estado de los Estados Unidos suspendió entonces el acuerdo, que sólo se levantó cuando intervino el Secretario de Estado James Baker . Uno de los reactores iba a ser utilizado en una prueba de vuelo en 1995 para alimentar propulsores eléctricos experimentales, pero hubo objeciones de los científicos preocupados por el posible impacto de la radiación emitida por el reactor en los instrumentos a bordo de los satélites espaciales y protestas de los oponentes de las armas espaciales y la energía nuclear. Además, el Departamento de Energía tardó en conceder la aprobación necesaria y en 1993 las restricciones presupuestarias obligaron a cancelar el programa. [5]
Se enviaron seis reactores TOPAZ-II y su equipo de apoyo asociado a Estados Unidos, donde ingenieros estadounidenses, británicos, franceses y rusos los probaron exhaustivamente en tierra. El diseño único de los reactores permitió probarlos sin necesidad de combustible. Aunque el programa de pruebas se consideró un éxito, no se llevó a cabo ningún plan para poner en vuelo ninguno de los reactores. [6]
El reactor TOPAZ es fabricado por el Instituto Estatal de Investigación, Asociación Científica Industrial (también conocido como Luch), que es operado por el Ministerio de Energía Atómica de Rusia . [7]