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，每座反应炉设备容量动辄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，运营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，自然也会拉长构建时间，如果想要降低成本、缩短构建时间，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，又或是通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创业公司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，盼能降低建设和运营成本，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，通过新的反应炉技术、材料和制造技术，希望能降低成本并提高电厂安全性。
一、小型模块化核能反应炉（SMR）
顾名思义，相较于传统核反应炉，小型模块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，或是在工厂构建完后直接搬去现场，有利规模量产，又避免过去设置核电厂工程浩大、耗时昂贵的老问题。也可以依照客户需求定制，对于小型、相对偏远的社区，能设备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，设备当地底、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反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钚燃料棒，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作为冷却，功率密度比高温气冷反应炉还要高。
气冷式快反应炉通过用快中子，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钚或可裂变铀同位素，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），能在高温下运行，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，甚至超过驱动蒸汽发电机所需的热量，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行，被动式安全机制也能顺利运行。
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，铀和钚会作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，主要使用铅作为冷却组件。最新版本使用氮化铀而不是二氧化铀，与钠一样，铅作为被动安全系统，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，通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行，但会伴随腐蚀问题，因此目前多倾向低温版本，不过通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，不少国家对核能寄给厚望，尤其是期盼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，日本人们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。
（首图来源：pixabay）