Le réacteur TOPAZ

On a déjà évoqué plusieurs fois les transferts de techno Russie->USA après la disparition de l'URSS. Voici une petite biblio sur le générateur nucléaire russe Topaz, et l'historique du transfert de technologie Russie-USA.

Principales caractéristiques du Topaz II :
- Générateur nucléaire à fission
- Puissance = 6 kW
- Combustible : UO2
- Spectre de neutrons épithermique
- Conversion thermionique à vapeur de césium

Sur la collaboration USA-Russie pour le transfert de technologie : le Topaz International Program
http://www-rsicc.ornl.gov/ANST_site/topaz.pdf
(5.2 Mo, 120 pages)

Analyse du réacteur Topaz II
http://www.osti.gov/nsj/ns351.pdf
(212 ko, 12 pages)

Pas le temps.. peut tu faire un topo rapide sur Topaz (j'en ais entendu parler)

Il s'agit des générateurs nucléaires développés par les soviétiques dans les années 70 et 80, et utilisés en particulier sur leurs satellites espions.
Une technologie très différente des réacteurs américains : ces derniers ont développés les générateurs radioisotopiques au plutonium (RTG) à conversion thermo-électrique, qui équipent en particulier les sondes spatiales (Pioneer, Voyager, Cassini, New Horizon...), alors que les russes ont développé un vrai réacteur à fission, avec production d'électricité par conversion thermionique (ce qui en fait l'originalité).
Développement secret : les américains ont appris l'existence de cette techno seulement vers 1989.
En 1992, les russes vendent, et l'US Air Force achète un réacteur Topaz pour le désosser.
Le rapport donné en référence donne des détails techniques sur le réacteur, ainsi que l'historique et les conditions de la collaboration.
En annexe : tous les générateurs nucléaires lancés par les russes et américains depuis les années 60, à usage civil ou militaire.

Un article et quelques photos (assez rares pour certaines) :

http://www.kosmonavtika.com/satellites/us-a/us-a.html

On voit rien sur les photos du 1er pdf :(

Le concept de Topaz (conversion thermo-ionique) était assez original, mais le rapport (puissance électrique)/(poids) était en-deçà d'un bon vieux cycle thermodynamique autant que je me rappelle. Me trompais-je ?

Henri a écrit:Le concept de Topaz (conversion thermo-ionique) était assez original, mais le rapport (puissance électrique)/(poids) était en-deçà d'un bon vieux cycle thermodynamique autant que je me rappelle. Me trompais-je ?

Certes, mais il me semble (à vérifier) que le rendement était quand même meilleur que les RTG à conversion thermo-électrique (de l'ordre de 5% pour ces derniers).
Et pour de faibles puissances (quelques kW), il n'est pas si évident que le rapport Pe/poids soit si défavorable par rapport à des systèmes à conversion dynamique (Stirling/Brayton/Rankine), qui posent en plus des problèmes de fiabilité en ayant des pièces mobiles (quoique les Topaz ne devaient pas avoir non plus une durée de vie très longue : plutôt corrosif les vapeurs de césium).

Je vais voir si je retrouve quelques chiffres pour confirmer tout ça, mais de toute façon, les réacteurs utilisant un cycle thermo classique sont restés à l'état de développement et n'ont pas (encore) volé à ma connaissance.

EDIT:
En fait, il ne faut pas non plus s'arrêter au rendement : les Topaz utilisent la fission de l'uranium, et je pense que le réacteur doit générer plus de gammas durs qu'un RTG, ce qui nécessiterait un blindage plus massif...
Il faut donc descendre dans le détail pour voir les avantages et inconvénients respectifs des deux technos.

Merci pour ces réponses :D

en début d'année (pas consevé les liens) j'avais lu plusieurs doc au sujet d'une nouvelle génération de piles thermo-ioniques que les ricains cherchent à mettre au point et qui approcheraient un rendement de 20%. De mémoire, les faces internes desdites piles ne sont pas planes.

Socrates a écrit:en début d'année (pas consevé les liens) j'avais lu plusieurs doc au sujet d'une nouvelle génération de piles thermo-ioniques que les ricains cherchent à mettre au point et qui approcheraient un rendement de 20%. De mémoire, les faces internes desdites piles ne sont pas planes.

Oui, ça me dit quelques chose : théoriquement, ce type de dispositif permettrait des rendements de 10 à 20%. Donc plutôt moins bon que les cycles thermo, mais meilleurs que le thermoélectrique.
Mais en regardant les chiffres du Topaz, je n'ai pas l'impression qu'on arrive même à ces 10% : un peu décevant à ce niveau.

A+

Il semble que les russes travaillent toujours sur le sujet, pour atteindre des niveaux de puissances nettement plus élevés (1 MW !), même en conversion thermionique :
http://www.rssi.ru/IPPE/General/spacer.html
http://www.rssi.ru/IPPE/Welcome.html

The prospects for improving power and specific parameters of thermionic system as well as its life-time are revealed by using fast neutron reactor-converters (without any moderator) with NaK or lithium coolants. Implementation of the concept of a lithium-cooled fast reactor-converter enables us to solve the problem of designing a system with the electric power of 500-1000 kW and higher, planned for the Mars missions and for other power-consuming tasks. At the present time investigations of fast reactor-converters of various power are under way.

lambda0 a écrit:

Socrates a écrit:en début d'année (pas consevé les liens) j'avais lu plusieurs doc au sujet d'une nouvelle génération de piles thermo-ioniques que les ricains cherchent à mettre au point et qui approcheraient un rendement de 20%. De mémoire, les faces internes desdites piles ne sont pas planes.

Oui, ça me dit quelques chose : théoriquement, ce type de dispositif permettrait des rendements de 10 à 20%. Donc plutôt moins bon que les cycles thermo, mais meilleurs que le thermoélectrique.
Mais en regardant les chiffres du Topaz, je n'ai pas l'impression qu'on arrive même à ces 10% : un peu décevant à ce niveau.

A+

je viens de lire ça:
http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=3441
wow!
c'est quoi ces méga-rendements ?
si c'est pas bidon alors c'est fort intéressant non?

Socrates a écrit:

lambda0 a écrit:

Socrates a écrit:en début d'année (pas consevé les liens) j'avais lu plusieurs doc au sujet d'une nouvelle génération de piles thermo-ioniques que les ricains cherchent à mettre au point et qui approcheraient un rendement de 20%. De mémoire, les faces internes desdites piles ne sont pas planes.

Oui, ça me dit quelques chose : théoriquement, ce type de dispositif permettrait des rendements de 10 à 20%. Donc plutôt moins bon que les cycles thermo, mais meilleurs que le thermoélectrique.
Mais en regardant les chiffres du Topaz, je n'ai pas l'impression qu'on arrive même à ces 10% : un peu décevant à ce niveau.

A+

je viens de lire ça:
http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=3441
wow!
c'est quoi ces méga-rendements ?
si c'est pas bidon alors c'est fort intéressant non?

Bonjour,
S'agit-il réellement d'un effet thermoionique ou simplement d'un effet thermoélectrique ...c'est à dire une application de l'effet Peltier découvert au XIX .
Cordialement,
Giwa

Il pourrait s'agir de ça:
http://www.powerchips.gi/technology/overview.shtml
fort intéressant cette nouvelle génération de piles thermoioniques; ça pourrait bien être top pour la propulsion électrique nucléaire... à surveiller de près.

et les rendements sont vraiment prometteurs:
http://www.powerchips.gi/

Vérification faite il ne s'agit pas de la même chose

"""Q - Could you run a computer by placing a Power Chip on the hot CPU, or on the hot face of a Cool Chip™ that is cooling the CPU?

A - No. In generating electricity from heat, a Power Chip is acting to block the heat flow to some extent, much as a dam used to generate electricity from a flowing river must impede the flow of water. The CPU is warmer than desired, and a passive heatsink or an active cooling system is used to keep it cool. You would not want to use a Power Chip, as this would impede the cooling of the CPU."""
http://www.powerchips.gi/faq.shtml#applications

Bonsoir,

Ces réacteurs Topaz, combien de temps peuvent-ils fonctionner ?

Et, malgré les photos, je n'arrive pas à me rendre compte de leur taille. Quelle est-elle ?

:)

antoine34 a écrit:Bonsoir,

Ces réacteurs Topaz, combien de temps peuvent-ils fonctionner ?

Et, malgré les photos, je n'arrive pas à me rendre compte de leur taille. Quelle est-elle ?

:)

Le Topaz-1 a une masse de 1,35 t, le Topaz-2 environ 1 t, les deux ont déjà fonctionné un an (en vol pour le Topaz-1, au sol pour le 2), mais j'ai des informations un peu contradictoires sur la masse : les chiffres varient suivant qu'on inclut ou non la masse du bouclier, du radiateur.
Le diamètre du coeur du Topaz-2 est de 40 cm, mais en incluant le radiateur, l'ensemble mesure 2,5 m de long.

A+