1.媒体来源:
科技新报
2.记者署名:
作者 Daisy Chuang
3.完整新闻标题:
未来的低碳能源变局，盘点第四代核反应炉技术
4.完整新闻内文:
发布日期 2022 年 04 月 19 日 14:13 | 分类 核能 , 能源科技
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目前世界上有 440 座核能反应炉，总发电量足以供电全球 10% 的电力，而现在正兴建中
的反应炉还多达 50 座，除了数量增加，为了提高安全性、降低核能成本，核能技术也持
续演进中，未来“第四代核反应炉”是否有机会跨出实验室并助力低碳供电？
过去的的核电主要以集中式电厂为主，每座反应炉装置容量动辄 900MW 以上，因此成本
高达 150 亿美元、可能需要长达 20 年才能完工运转，过程也需要经过繁复且冗长的行
政程序，需不断测试、修改、重新测试电厂设计与工程，经过严格的环安卫规范后，营运
商还要负担废弃核燃料处理成本。
上述情形不仅可能导致电厂成本超支，自然也会拉长建置时间，如果想要降低成本、缩短
建置时间，方法包括标准化设计、盖更多电厂留下技术和经验、精简管理措施，又或是透
过解决最大的建筑成本，也就是提出新的电厂设计。
第四代电厂设计
如今核工业大厂跟各式新创团队正在寻找新的核分裂反应炉设计，其中不少厂商已经研究
数十年，盼能降低建设和营运成本，还可以提高安全性和效率，同时降低核武风险。
当今核电厂属于“第三代”，其中第一代核电厂主要是指 1940 年代末期～1960 年代初
期原型反应炉、还没商用的反应炉，第二代就是 1960 年代中期到 1990 年代中期的第一
批商用轻水反应炉，第三代反应炉虽然也是轻水反应炉，但采用更可靠的燃料跟反应炉炉
芯、被动冷却系统。
未来的第四代反应炉自然更先进，种类也更加多样化，透过新的反应炉技术、材料和制造
技术，希望能降低成本并提高电厂安全性。
一、小型模组化核能反应炉（SMR）
顾名思义，相较于传统核反应炉，小型模组化核能反应炉的尺寸跟规模更小，基本上是希
望能打造出小于 300MW 的核反应炉，甚至可以跟汽车一样大规模制造，希望引入工厂制
造技术来降低核电成本。
该技术的优点在于，可以将机组拆分成多个部分，在现场一次安装多个小型反应炉，或是
在工厂建置完后直接搬去现场，有利规模量产，又避免过去设置核电厂工程浩大、费时昂
贵的老问题。也可以依照客户需求订制，对于小型、相对偏远的社区，能装置一座小型核
反应炉为几千户家庭或企业供电，也可以一次设置多个反应炉，为大城市数百万人供电。
也因为规模不大，也能用在石油探勘、军事基地等特殊应用，装置在地底、船上或是海上
，结合被动安全系统，不用操作员主动干预或电气回馈让反应炉进入安全关闭状态，也不
用大型混凝土结构屏蔽核燃料棒。
二、高温气冷反应炉（HTGR）
高温气冷反应炉是种石墨慢化反应炉，为最近逐渐成熟的核能技术。传统核反应炉多采用
浓缩铀或是钸燃料棒，但高温气冷反应炉的燃料是“球状物”，一颗颗由铀、碳和氧组成
的“卵石”，它们被密封在三层碳或陶瓷材料中，提高耐热度、中子辐射、腐蚀、氧化，
也可避免石墨遇高温燃烧，内里则是核燃料与充当缓冲的石墨，最后反炉内就有如球池，
塞满好几千颗燃料球，不需要控制棒就能产生并维持高温核反应。
这些卵石燃料也不会在反应炉中熔化，反应炉可以在更高的温度下运行，卵石也会缓慢地
在反应炉中循环，用过卵石会从底部移出，再用新的卵石替换。
三、气冷式快反应炉（GFR）
气冷式快反应炉为快中子增殖反应炉（Fast breeder reactor）的其中一种，这类反应炉
在运转同时也可以合成出“核分裂材料”，让核燃料的制造量大于消耗量，主要以氦气或
二氧化碳等气体做为冷却，功率密度比高温气冷反应炉还要高。
气冷式快反应炉透过用快中子，将传统反应炉的慢中子取而代之，将钍或非裂变铀同位素
转化为钸或可裂变铀同位素，进而产生核燃料。新一代气冷式快反应炉的燃料核心为陶瓷
一碳化铀（uranium monocarbide），能在高温下运作，燃料配置也使得每体积燃料的铀
原子密度较高。
四、钠冷快中子反应炉（SFR）
钠冷快中子反应炉以液态金属钠当作冷却剂，运转过程虽然会产生大量的热能，甚至超过
驱动蒸气发电机所需的热量，但液态钠具备优秀的散热能力，因此在小型反应炉中仍能顺
利运作，被动式安全机制也能顺利运作。
通常美国的钠冷快中子反应炉燃料是包裹着铀和锆的钢合金，俄罗斯、法国和日本则倾向
使用氧化铀燃料，另外钠冷快中子反应炉具有封闭的燃料循环，铀和钸会做为核分裂反应
的一部分，在反应炉内循环再利用，补充一次燃料就能使用数十年。
五、铅冷式快反应炉（LFR）
铅冷式快反应炉（LFR）是基于俄罗斯核潜艇开发的反应炉设计，主要使用铅做为冷却元
件。最新版本使用氮化铀而不是二氧化铀，与钠一样，铅做为被动安全系统，如果反应炉
开始失控就会自动调节核反应。
六、液态氟化钍反应炉（FHR）
液态氟化钍反应炉（FHR）不是用氦气来冷却，而是由氟化锂和氟化铍盐制成的熔融混合
物，这些反应炉的功率密度是卵石燃料技术的 10 倍，而与氦气冷却的反应炉相比，氟化
物盐使反应炉能够在更低的温度下运行。
七、熔盐燃料反应炉（MSR）
熔盐燃料反应炉（MSR）的燃料不是棒状、颗粒或卵石，而是被混合到氟化盐中，透过流
经石墨或类似慢化剂来控制反应。熔盐燃料反应炉虽然可以在高温下运作，但会伴随腐蚀
问题，因此目前多倾向低温版本，不过透过结合冷却剂和燃料，更容易清除核废料和补充
燃料。
将来的核能技术会何去何从？
目前许多国家与政府纷纷设立净零碳排目标，希望可以在 2050 年达到碳中和，对此，不
少国家对核能寄予厚望，尤其是期许新一代核能技术可以为 2030 年后带来新机遇，或许
上述第四代反应炉有机会上场。
毕竟由它们的设计目的是更便宜和更快地构建，若有机会很可能会很快变得非常普遍，只
是路途仍遥远，比如日本先前努力尝试的“文殊反应炉”，文殊反应炉也是属于“增殖反
应炉”，日本耗资 85 亿美元，但由于出现故障事故、监管违规等争议，其实没有获得多
少良好收益，再加上 2011 福岛核灾后，日本民众对于核电厂信任度下滑，最终该电厂在
2016 年退役。不过新核电设计基于利基应用也会有新的机遇，目前已经有计划在月球上
建造小型核能反应炉等多样化设计。
Generation IV, the future of nuclear power
https://newatlas.com/technology/generation-iv-future-nuclear-power/
（首图来源：pixabay）
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https://technews.tw/2022/04/19/nuclear-generation-iv/
6.备注:
未来如果核五盖快中子增殖炉，我想核废料会被吃光光，反核人士就会不高兴失业了。