مفاعل توباز النووي

مفاعل توباز النووي هو مفاعل نووي خفيف الوزن طُوِّر للاستخدام الفضائي طويل الأمد من قِبَل الاتحاد السوفيتي . يُبرَّد هذا المفاعل بالمعدن السائل، ويستخدم مُعدِّلاً عالي الحرارة يحتوي على الهيدروجين ووقود عالي التخصيب، ويُنتج الكهرباء باستخدام مُحوِّل حراري أيوني .

في المناقشات الأولية، لم يكن واضحاً أن مفاعلات توباز ومفاعلات ينيسي المشابهة لها إلى حد ما كانت أنظمة مختلفة، وعندما أصبح وجود المفاعلين الحراريين الروسيين معروفاً بشكل عام، بدأ الأفراد الأمريكيون بالإشارة إلى توباز باسم توباز-1 ويينيسي باسم توباز-2. ^{[ 1 ]}

ناقش العلماء في مختبر لوس ألاموس العلمي (LASL) أولى مفاعلات التحويل الحراري الأيوني عام 1957. وبعد زيارة علماء سوفييت للمختبر عام 1958، أجروا اختبارات على أنظمة التحويل الحراري الأيوني عام 1961، حيث طوروا في البداية مفاعل YENISEI أحادي الخلية (المعروف أيضًا باسم TOPAZ-II). ثم تولى معهد كورتشاتوف للطاقة الذرية والمكتب المركزي لبناء الآلات تطوير مفاعل TOPAZ متعدد الخلايا (المعروف أيضًا باسم TOPAZ-I)، وهو اختصار روسي لعبارة "تجربة التحويل الحراري الأيوني في المنطقة النشطة". أُجريت أول تجربة أرضية له عام 1971، حين تم الاعتراف بوجوده. ^{[ 2 ]} وكان ذلك تحت إشراف مؤسسة كراسنايا زفيزدا . ^{[ 3 ]}

عمل أول مفاعل توباز لمدة 1300 ساعة (حوالي 54 يومًا) ثم أُغلق لإجراء فحص دقيق. وكان قادرًا على توليد 5  كيلوواط من الطاقة لمدة تتراوح بين 3 و5 سنوات باستخدام 12 كيلوغرامًا من الوقود . وبلغت كتلة المفاعل حوالي 320 كيلوغرامًا .    

أُجريت أول رحلة تجريبية لـ TOPAZ عام 1987 على متن قمري بلازما-أ التجريبيين كوسموس 1818 وكوسموس 1867 ، واللذين كان الهدف منهما اختبار كل من مفاعل TOPAZ والمحرك الكهربائي بلازما-2 SPT . تعرض كلا المفاعلين لأضرار في التسعينيات، مما تسبب في تسرب سائل تبريد مشع.

كان من المقرر تزويد مشروع بلازما-2 المقترح بمفاعل مُحسّن. عمل أحد المفاعلين لمدة ستة أشهر، والآخر لمدة عام. ألغى ميخائيل غورباتشوف البرنامج عام 1988.

في مفاعل توباز-2 أو ينيساي، يُغلّف كل قضيب وقود ( يورانيوم _مُخصّب بنسبة 96%) بغلاف باعث، يُحيط به بدوره مُجمّع، وتُشكّل هذه العناصر 37 عنصر وقود تخترق مُهدِّئًا أسطوانيًا من هيدريد الزركونيوم . ويُحيط بهذا المُهدِّئ عاكس نيوتروني من البريليوم مزوّد بـ 12 أسطوانة تحكّم دوّارة. ويُحيط مُبرّد معدني سائل ( NaK ) بكل عنصر وقود. تبلغ كتلة المفاعل حوالي 1061 كجم (2339 رطلًا) . ^{[ 4 ]}  

في يناير 1991، عُرض نموذجٌ لمفاعل توباز-2 في ندوة علمية في ألبوكيرك ، مما أثار اهتمام الولايات المتحدة بإمكانية شرائه. وقد رتبت منظمة مبادرة الدفاع الاستراتيجي لشراء مفاعلين من طراز توباز-2 من روسيا مقابل 13 مليون دولار، بهدف استخدامهما لتحسين النماذج الأمريكية. إلا أن هيئة التنظيم النووي الأمريكية قضت بأن القانون الأمريكي يحظر "تصدير" مثل هذا الجهاز إلى الاتحاد السوفيتي، على الرغم من أنه سوفيتي الصنع، وكان مجرد نموذج وليس مفاعلاً حقيقياً. واستغرق الأمر شهراً قبل أن يُحلّ الموقف بقرار جديد من الهيئة، وعاد النموذج إلى روسيا.

علّقت وزارة الخارجية الأمريكية الصفقة، ولم يُرفع التعليق إلا بتدخل وزير الخارجية جيمس بيكر . كان من المقرر استخدام أحد المفاعلات في اختبار طيران عام 1995 لتشغيل محركات دفع كهربائية تجريبية، لكن اعترض علماء قلقون بشأن التأثير المحتمل للإشعاع المنبعث من المفاعل على الأجهزة الموجودة على متن الأقمار الصناعية، كما احتج معارضو الأسلحة الفضائية والطاقة النووية. إضافةً إلى ذلك، تأخرت وزارة الطاقة في منح الموافقة اللازمة، وفي عام 1993 أجبرت قيود الميزانية على إلغاء البرنامج. ^{[ 5 ]}

نُقلت ستة مفاعلات من طراز توباز-2 ومعدات الدعم الخاصة بها جواً إلى الولايات المتحدة، حيث خضعت لاختبارات أرضية مكثفة على يد مهندسين أمريكيين وبريطانيين وفرنسيين وروس. وقد سمح التصميم الفريد للمفاعلات باختبارها دون تزويدها بالوقود. وعلى الرغم من اعتبار برنامج الاختبار ناجحاً، لم تُتخذ أي خطط لتشغيل أي من المفاعلات جواً. ^{[ 6 ]}

يتم تصنيع مفاعل توباز بواسطة معهد البحوث الحكومي، والجمعية الصناعية العلمية (المعروفة أيضًا باسم لوتش)، والتي تديرها وزارة الطاقة الذرية الروسية . ^{[ 7 ]}