近年来,我国加大力度治理环境污染,由传统煤炭能源结构转型清洁能源结构,能源转型已进入统筹协调推进阶段,而大力发展清洁能源很重要的举措就是发展核电。核电是清洁能源,在减少温室气体排放、减轻环境污染和保护资源等方面发挥着巨大作用。在第四代核能系统国际研讨会上提出了六种第四代堆型,其中超临界水冷堆被选为其中的唯一轻水堆型,结合我国核电发展规划及小型反应堆在我国的发展现状,发展小型超临界水冷堆对我国未来能源结构转型具有重要意义。超临界水冷堆具有结构简化、经济型高的特点,可与超临界火电厂相结合,而小型堆具有选址灵活、建设周期小、投资小的特点,可用来供暖和发电,结合两者的优势,设计一种小功率的小型超临界水冷堆,对其进行物理分析、热工分析与事故分析,在保证安全的前提下,优化方案从而得到更大的经济效益,这对缓解我国未来能源紧张的趋势具有一定的意义。首先是对堆芯的物理分析,确定反应堆堆型是超临界水冷堆,选取适合超临界水冷堆的燃料组件,利用SRAC中的PIJ程序计算得到栅元的少群微观截面等参数,进而得到整个组件的截面参数等,然后结合小型压水堆和沸水堆堆芯特点,设计堆芯布置方式,用CITATION程序计算得到堆芯主要参数随燃耗的变化。然后进行反应堆热工分析,根据超临界水冷堆和小型模块化反应堆的要求,依据反应堆热工水力设计原则,确定反应堆的堆芯结构与主要热工参数,选定堆芯结构为双流程设计方案,利用RELAP5系统分析程序进行稳态热工水力分析,在稳态的基础上引入给水流量阶跃、反应性阶跃和压力阶跃进行动态分析,依据动态分析的结果与特点设计一套控制系统,证实建立的超临界水冷堆的稳定性与可控性。最后对反应堆进行安全分析,选取失流事故工况,设计两套非能动安全系统,一套非能动安注系统,一套非能动余热排出系统,保证反应堆在失流事故下紧急停堆后堆芯能够冷却和余热能够有效排出,确保反应堆的安全性。本文设计的小型超临界水冷堆满足核电安全的特点,经过优化,较传统压水堆提高了能源效率。对大型超临界水冷堆实现小型化设计,可以满足未来内陆核电需求,为未来超临界水冷堆的设计打下了基础,具有一定的学术价值与工程应用价值。