第四代核電來了！到底厲害在哪兒？

長期以來，一提到“核能”，人們最先顧慮的就是安全問題。在這種背景下，具備本質安全、高效低碳、核廢料減量等突出優勢的第四代核能反應堆，成為全球能源轉型進程中，破解傳統核電安全痛點、拓寬核能應用空間的關鍵突破口。我國“十五五”規劃也明確提出，要穩妥推進四代堆技術研發與應用示范。

那么，到底什么是“四代堆”？它們又是怎么讓核能更安全、更環保的？帶著這些問題，科普中國咨詢了中國原子能科學研究院的相關科研人員。

什么是 “第四代核能反應堆”

“第四代反應堆”最早由美國能源部在 20 世紀 90 年代末提出。2001 年，美國聯合阿根廷、法國、日本等 9 個國家成立“第四代核能系統國際論壇”（簡稱 GIF），并于 2002 年正式選定六大優先研發堆型。

“第四代反應堆”由 GIF 規劃，指面向 2030 年后商用的新一代核電技術。四代堆是“革命性”的技術路線，即從物理原理、冷卻劑類型到燃料循環方式都將發生根本性變化。簡單來說，它是核能技術的“升級版”，比之前的核能技術更安全、更省錢、更環保，并且防核擴散。

我國于 2006 年正式加入 GIF 組織，深度參與第四代核能反應堆的國際研發與技術合作。

“第四代反應堆”的六大優先研發堆型包括：

1 超高溫氣冷堆

“超高溫”是指反應堆堆芯采用石墨、陶瓷等耐高溫材料，使得堆芯溫度可以達到近 1000 攝氏度?！皻饫洹眲t是指不同于傳統核電站的“水冷”方式，反應堆采用惰性氣體氦氣進行堆芯冷卻和傳熱。

圖片來源：央視新聞

2 超臨界水冷堆

“超臨界”是指反應堆運行在水的熱力學臨界點（374℃、22.1 兆帕）以上，水在此狀態下成為兼具氣液特性的單相流體，無沸騰相變。“水冷”則是指反應堆以超臨界狀態的輕水同時作為冷卻劑與慢化劑，延續傳統核電站的水冷技術路線，但參數與性能顯著提升。

3 熔鹽堆

是指采用熔融態氟化鹽混合物作為核燃料載體與冷卻劑的反應堆。有別于傳統核電固態燃料+水冷/氣冷的模式，熔鹽堆的堆芯無需固態燃料結構，依靠流動的高溫熔鹽承載核裂變反應，具有常壓運行、高溫輸出的優點。

4 鈉冷快堆

反應堆采用液態金屬鈉作為堆芯冷卻劑，替代傳統核電站的水冷、氣冷方式，導熱能力強、工作溫度高?！翱於选眲t是指反應堆不設置慢化劑，依靠高能中子直接維持鏈式裂變反應，無需減速中子，快堆也是未來核能發展的重要方向。

5 鉛冷快堆

同樣是“快堆”類型，但堆芯冷卻劑采用的是液態鉛或鉛鉍合金。

6 氣冷快堆

也是“快堆”類型，區別于水冷、鉛冷等冷卻方式，反應堆采用氦氣等惰性氣體作為堆芯冷卻劑。

圖片來源：開源證券研究所

“核能四代堆”是怎么讓核能更安全、更環保的？

第四代核能系統國際論壇對“第四代反應堆”設定的核心目標是：

安全性：固有安全，極端事故無需場外應急，堆芯熔毀概率極低。

經濟性：發電成本更低，效率更高（40%~50%，高于三代約 33%）。

可持續性：鈾利用率大幅提升，核廢料減量 90% 以上，支持閉式燃料循環。

防擴散：燃料與堆型設計降低核材料擴散風險。

這些目標是怎么通過技術設計具體實現的呢？

先說“安全”，四代堆最突出優勢之一就是“固有安全”。所謂“固有安全”，通俗來講就是，即使在嚴重事故情況下，不需采取任何人為和專設安全系統的干預，反應堆仍能保持安全狀態。因此，四代堆無需場外采取大規模人員撤離等緊急措施，可從根本上杜絕大規模的放射性物質環境釋放。

以鈉冷快堆、鉛冷快堆為例，它們用熔融的金屬代替水作為冷卻劑。金屬熔融物具有更高的傳熱效率，且在常壓下就能工作，不像水冷堆需要承受巨大壓力。同時，快堆配備了“非能動安全系統”，在停機事故發生后，堆芯余熱可以依靠冷卻劑的自然循環被排出，大大提高了核電站的安全性。

再說“環保與可持續性”，四代堆能夠通過高效利用天然鈾資源、大幅減少放射性廢物、提供長期清潔能源，實現核能的可持續發展。

具體來說，傳統核電站對于天然鈾資源的利用效率并不高，它利用鈾-235 的裂變來產生能量，但鈾-235 在天然鈾中的占比僅有 0.714% ，就像是吃一個皮厚肉少的柚子，費盡力氣也只吃到一小口，更多的部分被丟棄了。而四代堆能把這些“原本要被丟棄的果皮、果核”都利用起來，鈾資源利用率從 1% 左右提高到 60%~70%，原本只能用幾十年的鈾礦，能用上千年。

不僅如此，四代堆還能實現核廢料大幅減量且更加安全。普通核電站會不斷產生需要深埋地底存放幾萬、幾十萬年的長壽命核廢料，四代堆則能把這類高危害、長壽命的核廢料當燃料“燒掉”或者“轉化”，使得剩下的廢料輻射壽命大幅縮短，也更容易處理。以快堆為例，一座快堆可以支持 5~6 座同功率壓水堆的次量錒系核素（MA）嬗變，使放射性廢物對環境的輻射影響時間縮短 100 倍，廢物量也同時大大減少。

圖片來源：開源證券研究所

除了發電，四代堆的高溫特性，讓它可以“一專多能”，例如核能制氫、工業用熱、海水淡化、城市供暖等。

2024 年獲批的江蘇徐圩核電項目就是個典型例子。這是全球首個核能與石化產業大規模耦合的創新項目。核電廠不僅可以發電，還可以為連云港的石化基地供應工業蒸汽，每年將供氣 3250 萬噸、減少二氧化碳排放 1960 萬噸，有效緩解高耗能產業減排脫碳壓力。

我國“核能四代堆”的研發取得了哪些進展？

核電站建設通常遵循“實驗堆→原型堆→示范堆→商用堆”的路徑，相當于從實驗室驗證到大規模商業化應用這樣一個“打怪升級”過程。目前俄羅斯、美國、法國、日本等國家都開展了四代堆的技術攻關，部分堆型建成了商業化運行的電廠。中國在鈉冷快堆、高溫氣冷堆和釷基熔鹽堆等方面具備工程化與商業化能力，取得多項建設成果。

1 鈉冷快堆——中國原子能科學研究院

鈉冷快堆是目前運行經驗最豐富的先進核能系統，也是我國正在重點發展的堆型之一。2010 年，中國原子能科學研究院建成了實驗快堆。2024 年，一體化閉式循環快堆創新聯合體成立。在 2035 年左右將實現一體化快堆工程示范，具備商業化應用條件。

2 高溫氣冷堆——石島灣高溫氣冷堆

2003 年清華大學建成實驗堆。2023 年，山東石島灣 20 萬千瓦級商業示范電站正式投運，這是全球首座投入商業運行的第四代核電站，標志著中國在第四代核能技術研發和應用領域達到世界領先水平。

3 釷基熔鹽堆——中國科學院上海應用物理研究所

2025 年，中科院上海應用物理研究所牽頭建成的 2 兆瓦（熱功率）液態燃料釷基熔鹽實驗堆，首次實現堆內釷?鈾核燃料轉換，標志我國成為目前國際上唯一運行并實現釷燃料入堆的熔鹽堆的國家。

2兆瓦液態燃料釷基熔鹽實驗堆廠房。圖片來源：新華社

總的來說，在全球能源轉型和“雙碳”大趨勢下，清潔、高效、安全的新能源是破解能源危機、應對環境挑戰的核心方向，而核電作為穩定可靠的低碳能源，在全球能源結構中占據著不可替代的地位。近兩年，AI 算力競賽更是帶來了前所未有的電力需求，全球范圍內，其他國家也都在重啟或擴建核電項目。

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第四代核電技術的突破與落地，不僅豐富了我國新型能源體系的供給形式，更彌補了風電、光伏等新能源間歇性、波動性的短板，實現“清潔發電+多元利用”的協同發展，能更好地助力我國構建清潔低碳、安全高效的能源體系新結構。

策劃制作

解讀專家丨蘇豪展 中國原子能科學研究院 助理研究員

審核丨劉森林 中國核工業集團有限公司首席科學家