美国超小型模块化空间堆的研制发展

2020年4月，美国亚特兰大佐治亚理工学院的奈基•卡费栽等人在《太空核技能和新式技能》上宣布了一篇题为《用于太空使命的超小型模块化反应堆》的文章，要点介绍了超小型模块化反应堆(USMR)的基本情况、规划剖析和体系比较等。

1 超小型模块化反应堆的规划

现在，美国佐治亚理工学院的一个多学科团队正在开发一种超小型模块化反应堆(USMR)，以作为Krusty空间反应堆体系的一个备选计划。USMR的规划具有开创性，它不运用兰金(或布雷顿)循环来冷却堆芯和发生电力，而是经过将一个包裹在钨光子发射器中的小型堆芯与热光伏(TPV)电池耦合起来，然后进行发电。USMR的堆芯在高温下运转，其外部边界的温度会超越1 300℃。经过选用具有反面反射层的现代热光伏技能来收回亚能带隙的光子，反应堆的发电功率可能会超越50%。USMR不运用工作流体和热管，这使得它能够实现从热能到电能的直接转化，然后大大降低了反应堆体系的分量。

USMR由5个同心六角环组成：一个内部石墨慢化剂、一个富集度为19.75%的铀氮化燃料块、一个外部石墨慢化剂、一个铍反射层和一个钨发射体，如图1所示。该体系首要经过硼操控鼓进行操控，反应堆启动时向内滚动，封闭时向外滚动。别的，反应堆体系还设置了一组辅佐操控棒，以供给额定的紧迫停堆操控。USMR规划简略，选用了高温资料，这使得它对瞬变具有很高的容忍度，并且还能确保撤离(walk-away)安全。

2 超小型模块化反应堆规划的剖析

为了与其他核电推动体系进行比较，研究人员对提出的USMR规划进行了优化，使其具有最大质量功率密度。表1列出了优化USMR的基本参数。

研究人员还对优化体系的质量功率密度和体系寿数进行了剖析，成果如图2、3所示。

3 超小型模块化反应堆与Krusty反应堆的比较

研究人员对USMR和Krusty反应堆进行了比较，成果如表2所示。

比较成果表明，USMR的热质量功率密度比Krusty反应堆大一个数量级，而功率的提高意味着在相同的包线内USMR的电力输出是Krusty反应堆电力输出的35倍。