TOPAZ原子炉

TOPAZ原子炉は、ソビエト連邦が長期宇宙利用のために開発した軽量原子炉です。液体金属で冷却され、水素と高濃縮燃料を含む高温減速材を使用し、熱電子変換器を用いて発電します。

命名法

当初の議論では、TOPAZとやや類似したYENISEI原子炉が異なるシステムであることは明確ではなく、2つのロシアの熱電子原子炉の存在が一般に知られるようになると、米国関係者はTOPAZをTOPAZ-I、YENISEIをTOPAZ-IIと呼ぶようになった。^{[ 1 ]}

トパーズ-I

最初の熱電子変換炉は、1957年にロスアラモス科学研究所（LASL）の科学者たちによって議論されました。1958年にソ連の科学者がLASLを訪問した後、彼らは1961年に熱電子変換システムの試験を行い、当初は単セルのエニセイ炉（TOPAZ-IIとも呼ばれる）を開発しました。クルチャトフ原子力研究所と中央機械製造局は、多セルのTOPAZ（TOPAZ-Iとも呼ばれる）の開発に取り組みました。TOPAZ-Iは、ロシア語で「Thermionic Experiment with Conversion in Active Zone（活性領域における熱電子変換実験）」の頭文字をとったものです。TOPAZ-Iは1971年に初めて地上試験され、その存在が認められました。^{[ 2 ]}これは、クラースナヤ・ズヴェズダ（Krasnaya Zvezda）の支援を受けて実施されました。^{[ 3 ]}

最初のTOPAZ原子炉は1,300時間（約54日間）運転され、その後、詳細な検査のために停止されました。12kg（26ポンド）の燃料から3～5年間、5kWの電力を供給できました。原子炉の質量は約320kg（710ポンド）でした。

TOPAZは1987年に実験衛星Plazma-AのKosmos 1818号とKosmos 1867号に搭載され、TOPAZ原子炉とPlasma-2 SPT電気エンジンの両方の試験を目的として初めて打ち上げられました。両原子炉は1990年代に損傷し、放射性冷却材の漏洩が発生しました。

後継機として提案されたプラズマ2には、改良された原子炉が搭載される予定でした。1基は6ヶ月間、もう1基は1年間稼働しました。この計画は1988年にミハイル・ゴルバチョフによって中止されました。

トパーズII

TOPAZ-II（エニセイ）原子炉では、各燃料ピン（96%濃縮UO ₂）はエミッターで覆われ、エミッターはコレクターで囲まれています。これらのエミッターは37個の燃料要素を形成し、円筒形の水素化ジルコニウム（ZrH）減速材を貫通しています。減速材は12個の回転制御ドラムを備えたベリリウム中性子反射体で囲まれています。各燃料要素は液体金属冷却材（NaK）で囲まれています。原子炉の質量は約1,061 kg（2,339 lb）です。^{[ 4 ]}

1991年1月、アルバカーキで開催された科学シンポジウムでTOPAZ-IIの模型が展示され、米国での購入への関心が高まりました。戦略防衛構想機構（SDI）は、ロシアからTOPAZ-II原子炉2基を総額1,300万ドルで購入し、米国の模型を改良する計画でした。しかし、原子力規制委員会（NRC）は、ソ連製で模型であり、実機ではないにもかかわらず、米国法ではそのような装置のソ連への「輸出」を禁止していると判断しました。NRCの新たな裁定により事態が収拾し、模型がロシアに返還されるまでには1ヶ月かかりました。

その後、米国国務省は契約を保留したが、ジェームズ・ベイカー国務長官の介入によってようやく解除された。原子炉の1基は1995年の飛行試験で実験用電気推進装置に電力を供給するために使用される予定だったが、原子炉から放出される放射線が宇宙衛星搭載機器に影響を及ぼす可能性を懸念する科学者からの反対や、宇宙兵器および原子力に反対する人々からの抗議があった。さらに、エネルギー省は必要な承認を遅らせ、1993年には予算制約により計画は中止を余儀なくされた。^[⁵^]

6基のTOPAZ-II原子炉とその関連支援機器は米国に輸送され、米国、英国、フランス、ロシアの技術者によって広範囲にわたる地上試験が行われた。原子炉の独自の設計により、燃料を充填せずに試験を行うことができた。試験プログラムは成功と見なされたものの、いずれの原子炉も飛行させる計画は立てられなかった。^{[ 6 ]}

メーカー

TOPAZ原子炉は、ロシア原子力省が運営する国立研究所、科学産業協会（ルーチとしても知られる）によって製造されている。^{[ 7 ]}

参考文献

^ Hyder, Anthony K.; RL Wiley; G. Halpert; S. Sabripour; DJ Flood (2000). Spacecraft Power Technologies . Imperial College Press. p. 256. ISBN 1-86094-117-6。
^ ^a ^b Kulcinski, Gerald L. 「ソビエト・トパーズ原子炉の歴史」（PDF）。核融合技術研究所。 2020年11月12日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2008年9月22日閲覧。
^ Hyder, Anthony K.; RL Wiley; G. Halpert; S. Sabripour; DJ Flood (2000). Spacecraft Power Technologies . Imperial College Press. p. 255. ISBN 1-86094-117-6. 2009年1月6日閲覧。
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^キルナン、ヴィンス（1993年夏）「取引をしよう ― 米国、旧ソ連のトパーズ2原子炉を購入」 Common Cause .
^全米研究会議（2006年）「原子力と推進力によって可能になる宇宙科学の優先事項」全米科学アカデミー、114ページ。ISBN 0-309-10011-9。
^米国会計検査院（2001年）『核不拡散』ワシントンD.C.：DIANE出版、37ページ。ISBN 1-4289-4905-4。

[1] Hyder, Anthony K.; RL Wiley; G. Halpert; S. Sabripour; DJ Flood (2000). Spacecraft Power Technologies . Imperial College Press. p. 256. ISBN 1-86094-117-6。

[kulcinski-2] Kulcinski, Gerald L. 「ソビエト・トパーズ原子炉の歴史」（PDF）。核融合技術研究所。 2020年11月12日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2008年9月22日閲覧。

[3] Hyder, Anthony K.; RL Wiley; G. Halpert; S. Sabripour; DJ Flood (2000). Spacecraft Power Technologies . Imperial College Press. p. 255. ISBN 1-86094-117-6. 2009年1月6日閲覧。

[wna-4] 「宇宙用原子炉」世界原子力協会2006年5月. 2013年2月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年9月22日閲覧。

[5] キルナン、ヴィンス（1993年夏）「取引をしよう ― 米国、旧ソ連のトパーズ2原子炉を購入」 Common Cause .

[nrc-6] 全米研究会議（2006年）「原子力と推進力によって可能になる宇宙科学の優先事項」全米科学アカデミー、114ページ。ISBN 0-309-10011-9。

[7] 米国会計検査院（2001年）『核不拡散』ワシントンD.C.：DIANE出版、37ページ。ISBN 1-4289-4905-4。

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