1 超小型模塊化反應堆的設計
目前，美國佐治亞理工學院的一個多學科團隊正在開發(fā)一種超小型模塊化反應堆(USMR)，以作為Krusty空間反應堆系統的一個備選方案。USMR的設計具有開創(chuàng)性，它不使用蘭金(或布雷頓)循環(huán)來冷卻堆芯和產生電力，而是通過將一個包裹在鎢光子發(fā)射器中的小型堆芯與熱光伏(TPV)電池耦合起來，從而進行發(fā)電。USMR的堆芯在高溫下運行，其外部邊界的溫度會超過1 300℃。通過采用具有背面反射層的現代熱光伏技術來回收亞能帶隙的光子，反應堆的發(fā)電效率可能會超過50%。USMR不使用工作流體和熱管，這使得它可以實現從熱能到電能的直接轉換，從而大大降低了反應堆系統的重量。
USMR由5個同心六角環(huán)組成：一個內部石墨慢化劑、一個富集度為19.75%的鈾氮化燃料塊、一個外部石墨慢化劑、一個鈹反射層和一個鎢發(fā)射體，如圖1所示。該系統主要通過硼控制鼓進行控制，反應堆啟動時向內轉動，關閉時向外轉動。另外，反應堆系統還設置了一組輔助控制棒，以提供額外的緊急停堆控制。USMR設計簡單，采用了高溫材料，這使得它對瞬變具有很高的容忍度，而且還能保證撤離(walk-away)安全。
2 超小型模塊化反應堆設計的分析
為了與其他核電推進系統進行比較，研究人員對提出的USMR設計進行了優(yōu)化，使其具有最大質量功率密度。表1列出了優(yōu)化USMR的基本參數。
研究人員還對優(yōu)化系統的質量功率密度和系統壽命進行了分析，結果如圖2、3所示。
3 超小型模塊化反應堆與Krusty反應堆的比較
研究人員對USMR和Krusty反應堆進行了比較，結果如表2所示。
比較結果表明，USMR的熱質量功率密度比Krusty反應堆大一個數量級，而效率的提升意味著在相同的包線內USMR的電力輸出是Krusty反應堆電力輸出的35倍。
