2020年4月，美國亞特蘭大佐治亞理工學院的奈基•卡費栽等人在《太空核技術和新興技術》上發表了一篇題為《用于太空任務的超小型模塊化反應堆》的文章，重點介紹了超小型模塊化反應堆(USMR)的基本情況、設計分析和系統比較等。

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的設計具有開創性，它不使用蘭金(或布雷頓)循環來冷卻堆芯和產生電力，而是通過將一個包裹在鎢光子發射器中的小型堆芯與熱光伏(TPV)電池耦合起來，從而進行發電。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設計進行了優化，使其具有最大質量功率密度。表1列出了優化USMR的基本參數。

研究人員還對優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。

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