Если вкратце - то даже размером со стакан. Если в теории - то и еще меньше. После инициации реакции распада, обогащенный уран или иной радиоактивный металл будет распадаться даже в небольшом объеме. Это не атомная бомба, в которой нужно достигнуть критической массы. Но такой ответ очень не полон. А чтобы дать полный ответ, нужно спросить минимум две вещи - "для каких условий реактор?" и "какой способ получения энергии подразумевается?".
Если реактор для космического аппарата, который мы запускаем за пределы Солнечной системы - то он почти не требует защиты от радиации, а устройство управления скоростью распада потребуется небольшое. Но если это миниатюрное носимое устройство - это даже в самом маленьком исполнении это +пара десятков килограмм защиты. Даже для пресловутого "стакана" активной зоны. Ну и потребуется ингибитор реакции потяжелее (чтобы можно было глушить реактор, управлять его работой и т.д.).
А вот с получением энергии все еще сложнее. Нужно понять, что реактор - это просто "бесплатно горячая долгое время банка". И все. Причем даже "горячая" она не так уж и сильно - порядка 500-600 градусов в активной зоне. Вопрос: и как из этого получить полезную энергию? В современных АЭС реактор используют для получения пара. Это значит, что в него вкачивают воду, она испаряется, получаем жутко радиоактивный пар. Его использовать еще нельзя. Поэтому пар подаем в теплообменники, там он испаряет другую воду, получаем уже менее радиоактивный пар, который крутит гигантские турбины генераторов, а потом поступает в градирни, охлаждается и снова становится водой. Ну вы поняли, что это та же самая ТЭЦ, только для получения пара - реактор, а не сжигание топлива. Насколько миниатюрной можно сделать ТЭЦ? И нужно ли? Это покажут только расчеты и конструкторские проекты. Думаю, размером с тяжеленный рюкзак по минимуму - можно. Только энергию такая ТЭЦ даст не слишком то большую. Литиевые аккумуляторы по любому выгоднее.
Атомные батарейки размером со стакан уже существуют, но в них используется совсем другой принцип. Пара там нет. Радиоактивные частицы бомбандируют пластины из специальных сплавов, которые от такого воздействия создают разность потенциалов (т.е. электрический ток). Есть и второй принцип - термопара. Грубо говоря, один электрод в активной зоне, второй - на жутком холоде (в космосе или на улице, если мы на Северном Полюсе). Разность потенциалов между холодным и горячим уже дает слабенький ток. У обоих устройств один и тот же недостаток - слабейшее КПД. Да, это реактор. Да, он размером чуть больше стакана. Да, он работает десятки лет. И эти десятки лет он дает энергию как пальчиковая батарейка, стоит как 50 элитных автомобилей (за счет урана), а еще и "фонит" радиацией вокруг. Для космического аппарата или полярной станции - еще пойдет. Для бытового устройства - неприемлемо.