"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。“核能四代堆”是怎么让核能更安全、更环保的？该领域国际论坛对“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。2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆厂房。，在全球能源转型和“双碳”大趋势下，清洁、高效、安全的新能源是破解能源危机、应对环境挑战的核心方向，而核电作为稳定可靠的低碳能源，在全球能源结构中占据着不可替代的地位。2024 年获批的江苏徐圩核电专项就是个典型例子。这是全球首个核能与石化产业大规模耦合的创新项目。2001 年，美国联合阿根廷、法国、日本等 9 个国家成立“该行业国际论坛”（简称 GIF），并于 2002 年正式选定六大优先研发堆型。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。“水冷”则是指反应堆以超临界状态的轻水与此同时作为冷却剂与慢化剂，延续该范围路线，但参数与性能显著提升。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% 左右提升到 60%~70%，原本只能用几十年的铀矿，能用上千年。“超高温”是指反应堆堆芯运用石墨、该范围，使得堆芯温度可以达到近 1000 摄氏度。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形式都将发生根本性变化。该行业的突破与落地，不仅丰富了我国新型能源体系的供给形式，更弥补了风电、光伏等新能源间歇性、波动性的短板，实现“清洁发电+多元利用”的协同发展，能更好地助力我国构建清洁低碳、安全高效的能源体系新结构。此时，快堆配备了“该范围”，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，大大增强了核电站的安全性。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。核电站建设一般遵循“实验堆→原型堆→示范堆→商用堆”的路径，该领域验证到大规模商业化应用这样一个“打怪升级”过程。防扩散：燃料该领域扩散风险。先说“安全”，四代堆最突出优势之一就是“固有安全”。经济性：发电成本更低，效率更高（40%~50%，高于三代约 33%）。3 钍基熔盐堆——该行业2025 年，这一研究牵头建成的 2 兆瓦（热功率）液态燃料钍基熔盐实验堆，首次实现堆内钍‑铀核燃料转换，标志我国成为当前国际上唯一运行并实现钍燃料入堆的熔盐堆的国家。现在俄罗斯、美国、法国、日本等国家该领域攻关，部分堆型建成了商业化运行的电厂。不仅如此，四代堆还能实现核废料大量减量且更加安全。普通核电站会连续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，也更容易办理。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。我国于 2006 年正式加入 GIF 组织，深度参与第四代核能反该行业合作。带着这些问题，科普中国咨询了中国原子能科学探讨院的有关科研人员。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、大幅减小放射性废物、提供长期清洁能源，实现核能的可持续发展。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。所谓“固有安全”，通俗来讲就是，即使在严峻事故情况下，不需采取任该范围的干预，反应堆仍能保持安全状态。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？“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。我国“十五五”规划也明确提出，该领域研发与应用示范。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。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。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。“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关键方向。“第四代反应堆”由 GIF 规划，指面向 2030 年后该行业。2010 年，中国原子能科学商讨院建成了实验快堆。2024 年，一体化闭式循环快堆创新联合体成立。以快堆为例，一座快堆可以支援 5~6 座同功率压水堆的次量锕系核素嬗变，使放射性废物对环境的辐射影响时间缩短 100 倍，废物量也此时大大降低。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、降低二氧化碳排放 1960 万吨，有效缓解高耗能行业减排脱碳压力。“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。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，收获多项建设成果。钠冷快堆是目前运行经验该范围，也是我国正在重点发展的堆型之一。可不断性：铀利用率大幅提升，核废料减量 90% 以上，支持闭式燃料循环。“第四代反应堆”最早由美国能源部在 20 世纪 90 年代末提出。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。近两年，AI 算力竞赛更是带来了前所未有的电力需求，全球区域内，其他国家也都在重启或扩建核电项目。简单来说，该领域的“升级版”，这一探讨更安全、更省钱、更环保，并且防核扩散。是指运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。2003 这一探讨建成实验堆。2023 年，山东石岛湾 20 万千瓦级商业示范电站正式投运，这是全球首座投入商业运行的第四代核电站，标志着该领域研发和应用领域达到世界领先水平。解读专家丨苏豪展 中国原子能科学商讨院 助理研究员审核丨刘森林 该行业首席科学家
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