第四代核电来了！到底厉害在哪儿？

长期以来，一提到“核能”，人们最先顾虑的就是安全问题。在这种背景下，具备本质安全、高效低碳、核废料减量等突出优势的第四代核能反应堆，成为全球能源转型进程中，破解传统核电安全痛点、拓宽核能应用空间的关键突破口。我国“十五五”规划也明确提出，要稳妥推进四代堆技术研发与应用示范。

那么，到底什么是“四代堆”？它们又是怎么让核能更安全、更环保的？带着这些问题，科普中国咨询了中国原子能科学研究院的相关科研人员。

什么是 “第四代核能反应堆”

“第四代反应堆”最早由美国能源部在 20 世纪 90 年代末提出。2001 年，美国联合阿根廷、法国、日本等 9 个国家成立“第四代核能系统国际论坛”（简称 GIF），并于 2002 年正式选定六大优先研发堆型。

“第四代反应堆”由 GIF 规划，指面向 2030 年后商用的新一代核电技术。四代堆是“革命性”的技术路线，即从物理原理、冷却剂类型到燃料循环方式都将发生根本性变化。简单来说，它是核能技术的“升级版”，比之前的核能技术更安全、更省钱、更环保，并且防核扩散。

我国于 2006 年正式加入 GIF 组织，深度参与第四代核能反应堆的国际研发与技术合作。

“第四代反应堆”的六大优先研发堆型包括：

1 超高温气冷堆

“超高温”是指反应堆堆芯采用石墨、陶瓷等耐高温材料，使得堆芯温度可以达到近 1000 摄氏度。“气冷”则是指不同于传统核电站的“水冷”方式，反应堆采用惰性气体氦气进行堆芯冷却和传热。

图片来源：央视新闻

2 超临界水冷堆

“超临界”是指反应堆运行在水的热力学临界点（374℃、22.1 兆帕）以上，水在此状态下成为兼具气液特性的单相流体，无沸腾相变。“水冷”则是指反应堆以超临界状态的轻水同时作为冷却剂与慢化剂，延续传统核电站的水冷技术路线，但参数与性能显著提升。

3 熔盐堆

是指采用熔融态氟化盐混合物作为核燃料载体与冷却剂的反应堆。有别于传统核电固态燃料+水冷/气冷的模式，熔盐堆的堆芯无需固态燃料结构，依靠流动的高温熔盐承载核裂变反应，具有常压运行、高温输出的优点。

4 钠冷快堆

反应堆采用液态金属钠作为堆芯冷却剂，替代传统核电站的水冷、气冷方式，导热能力强、工作温度高。“快堆”则是指反应堆不设置慢化剂，依靠高能中子直接维持链式裂变反应，无需减速中子，快堆也是未来核能发展的重要方向。

5 铅冷快堆

同样是“快堆”类型，但堆芯冷却剂采用的是液态铅或铅铋合金。

6 气冷快堆

也是“快堆”类型，区别于水冷、铅冷等冷却方式，反应堆采用氦气等惰性气体作为堆芯冷却剂。

图片来源：开源证券研究所

“核能四代堆”是怎么让核能更安全、更环保的？

第四代核能系统国际论坛对“第四代反应堆”设定的核心目标是：

安全性：固有安全，极端事故无需场外应急，堆芯熔毁概率极低。

经济性：发电成本更低，效率更高（40%~50%，高于三代约 33%）。

可持续性：铀利用率大幅提升，核废料减量 90% 以上，支持闭式燃料循环。

防扩散：燃料与堆型设计降低核材料扩散风险。

这些目标是怎么通过技术设计具体实现的呢？

先说“安全”，四代堆最突出优势之一就是“固有安全”。所谓“固有安全”，通俗来讲就是，即使在严重事故情况下，不需采取任何人为和专设安全系统的干预，反应堆仍能保持安全状态。因此，四代堆无需场外采取大规模人员撤离等紧急措施，可从根本上杜绝大规模的放射性物质环境释放。

以钠冷快堆、铅冷快堆为例，它们用熔融的金属代替水作为冷却剂。金属熔融物具有更高的传热效率，且在常压下就能工作，不像水冷堆需要承受巨大压力。同时，快堆配备了“非能动安全系统”，在停机事故发生后，堆芯余热可以依靠冷却剂的自然循环被排出，大大提高了核电站的安全性。

再说“环保与可持续性”，四代堆能够通过高效利用天然铀资源、大幅减少放射性废物、提供长期清洁能源，实现核能的可持续发展。

具体来说，传统核电站对于天然铀资源的利用效率并不高，它利用铀-235 的裂变来产生能量，但铀-235 在天然铀中的占比仅有 0.714% ，就像是吃一个皮厚肉少的柚子，费尽力气也只吃到一小口，更多的部分被丢弃了。而四代堆能把这些“原本要被丢弃的果皮、果核”都利用起来，铀资源利用率从 1% 左右提高到 60%~70%，原本只能用几十年的铀矿，能用上千年。

不仅如此，四代堆还能实现核废料大幅减量且更加安全。普通核电站会不断产生需要深埋地底存放几万、几十万年的长寿命核废料，四代堆则能把这类高危害、长寿命的核废料当燃料“烧掉”或者“转化”，使得剩下的废料辐射寿命大幅缩短，也更容易处理。以快堆为例，一座快堆可以支持 5~6 座同功率压水堆的次量锕系核素（MA）嬗变，使放射性废物对环境的辐射影响时间缩短 100 倍，废物量也同时大大减少。

图片来源：开源证券研究所

除了发电，四代堆的高温特性，让它可以“一专多能”，例如核能制氢、工业用热、海水淡化、城市供暖等。

2024 年获批的江苏徐圩核电项目就是个典型例子。这是全球首个核能与石化产业大规模耦合的创新项目。核电厂不仅可以发电，还可以为连云港的石化基地供应工业蒸汽，每年将供气 3250 万吨、减少二氧化碳排放 1960 万吨，有效缓解高耗能产业减排脱碳压力。

我国“核能四代堆”的研发取得了哪些进展？

核电站建设通常遵循“实验堆→原型堆→示范堆→商用堆”的路径，相当于从实验室验证到大规模商业化应用这样一个“打怪升级”过程。目前俄罗斯、美国、法国、日本等国家都开展了四代堆的技术攻关，部分堆型建成了商业化运行的电厂。中国在钠冷快堆、高温气冷堆和钍基熔盐堆等方面具备工程化与商业化能力，取得多项建设成果。

1 钠冷快堆——中国原子能科学研究院

钠冷快堆是目前运行经验最丰富的先进核能系统，也是我国正在重点发展的堆型之一。2010 年，中国原子能科学研究院建成了实验快堆。2024 年，一体化闭式循环快堆创新联合体成立。在 2035 年左右将实现一体化快堆工程示范，具备商业化应用条件。