1.媒體來源:
科技新報
2.記者署名:
作者 Daisy Chuang
3.完整新聞標題:
未來的低碳能源變局，盤點第四代核反應爐技術
4.完整新聞內文:
發布日期 2022 年 04 月 19 日 14:13 | 分類 核能 , 能源科技
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目前世界上有 440 座核能反應爐，總發電量足以供電全球 10% 的電力，而現在正興建中
的反應爐還多達 50 座，除了數量增加，為了提高安全性、降低核能成本，核能技術也持
續演進中，未來「第四代核反應爐」是否有機會跨出實驗室並助力低碳供電？
過去的的核電主要以集中式電廠為主，每座反應爐裝置容量動輒 900MW 以上，因此成本
高達 150 億美元、可能需要長達 20 年才能完工運轉，過程也需要經過繁複且冗長的行
政程序，需不斷測試、修改、重新測試電廠設計與工程，經過嚴格的環安衛規範後，營運
商還要負擔廢棄核燃料處理成本。
上述情形不僅可能導致電廠成本超支，自然也會拉長建置時間，如果想要降低成本、縮短
建置時間，方法包括標準化設計、蓋更多電廠留下技術和經驗、精簡管理措施，又或是透
過解決最大的建築成本，也就是提出新的電廠設計。
第四代電廠設計
如今核工業大廠跟各式新創團隊正在尋找新的核分裂反應爐設計，其中不少廠商已經研究
數十年，盼能降低建設和營運成本，還可以提高安全性和效率，同時降低核武風險。
當今核電廠屬於「第三代」，其中第一代核電廠主要是指 1940 年代末期～1960 年代初
期原型反應爐、還沒商用的反應爐，第二代就是 1960 年代中期到 1990 年代中期的第一
批商用輕水反應爐，第三代反應爐雖然也是輕水反應爐，但採用更可靠的燃料跟反應爐爐
芯、被動冷卻系統。
未來的第四代反應爐自然更先進，種類也更加多樣化，透過新的反應爐技術、材料和製造
技術，希望能降低成本並提高電廠安全性。
一、小型模組化核能反應爐（SMR）
顧名思義，相較於傳統核反應爐，小型模組化核能反應爐的尺寸跟規模更小，基本上是希
望能打造出小於 300MW 的核反應爐，甚至可以跟汽車一樣大規模製造，希望引入工廠製
造技術來降低核電成本。
該技術的優點在於，可以將機組拆分成多個部分，在現場一次安裝多個小型反應爐，或是
在工廠建置完後直接搬去現場，有利規模量產，又避免過去設置核電廠工程浩大、費時昂
貴的老問題。也可以依照客戶需求訂製，對於小型、相對偏遠的社區，能裝置一座小型核
反應爐為幾千戶家庭或企業供電，也可以一次設置多個反應爐，為大城市數百萬人供電。
也因為規模不大，也能用在石油探勘、軍事基地等特殊應用，裝置在地底、船上或是海上
，結合被動安全系統，不用操作員主動干預或電氣回饋讓反應爐進入安全關閉狀態，也不
用大型混凝土結構屏蔽核燃料棒。
二、高溫氣冷反應爐（HTGR）
高溫氣冷反應爐是種石墨慢化反應爐，為最近逐漸成熟的核能技術。傳統核反應爐多採用
濃縮鈾或是鈽燃料棒，但高溫氣冷反應爐的燃料是「球狀物」，一顆顆由鈾、碳和氧組成
的「卵石」，它們被密封在三層碳或陶瓷材料中，提高耐熱度、中子輻射、腐蝕、氧化，
也可避免石墨遇高溫燃燒，內裏則是核燃料與充當緩衝的石墨，最後反爐內就有如球池，
塞滿好幾千顆燃料球，不需要控制棒就能產生並維持高溫核反應。
這些卵石燃料也不會在反應爐中熔化，反應爐可以在更高的溫度下運行，卵石也會緩慢地
在反應爐中循環，用過卵石會從底部移出，再用新的卵石替換。
三、氣冷式快反應爐（GFR）
氣冷式快反應爐為快中子增殖反應爐（Fast breeder reactor）的其中一種，這類反應爐
在運轉同時也可以合成出「核分裂材料」，讓核燃料的製造量大於消耗量，主要以氦氣或
二氧化碳等氣體做為冷卻，功率密度比高溫氣冷反應爐還要高。
氣冷式快反應爐透過用快中子，將傳統反應爐的慢中子取而代之，將釷或非裂變鈾同位素
轉化為鈽或可裂變鈾同位素，進而產生核燃料。新一代氣冷式快反應爐的燃料核心為陶瓷
一碳化鈾（uranium monocarbide），能在高溫下運作，燃料配置也使得每體積燃料的鈾
原子密度較高。
四、鈉冷快中子反應爐（SFR）
鈉冷快中子反應爐以液態金屬鈉當作冷卻劑，運轉過程雖然會產生大量的熱能，甚至超過
驅動蒸氣發電機所需的熱量，但液態鈉具備優秀的散熱能力，因此在小型反應爐中仍能順
利運作，被動式安全機制也能順利運作。
通常美國的鈉冷快中子反應爐燃料是包裹著鈾和鋯的鋼合金，俄羅斯、法國和日本則傾向
使用氧化鈾燃料，另外鈉冷快中子反應爐具有封閉的燃料循環，鈾和鈽會做為核分裂反應
的一部分，在反應爐內循環再利用，補充一次燃料就能使用數十年。
五、鉛冷式快反應爐（LFR）
鉛冷式快反應爐（LFR）是基於俄羅斯核潛艇開發的反應爐設計，主要使用鉛做為冷卻元
件。最新版本使用氮化鈾而不是二氧化鈾，與鈉一樣，鉛做為被動安全系統，如果反應爐
開始失控就會自動調節核反應。
六、液態氟化釷反應爐（FHR）
液態氟化釷反應爐（FHR）不是用氦氣來冷卻，而是由氟化鋰和氟化鈹鹽製成的熔融混合
物，這些反應爐的功率密度是卵石燃料技術的 10 倍，而與氦氣冷卻的反應爐相比，氟化
物鹽使反應爐能夠在更低的溫度下運行。
七、熔鹽燃料反應爐（MSR）
熔鹽燃料反應爐（MSR）的燃料不是棒狀、顆粒或卵石，而是被混合到氟化鹽中，透過流
經石墨或類似慢化劑來控制反應。熔鹽燃料反應爐雖然可以在高溫下運作，但會伴隨腐蝕
問題，因此目前多傾向低溫版本，不過透過結合冷卻劑和燃料，更容易清除核廢料和補充
燃料。
將來的核能技術會何去何從？
目前許多國家與政府紛紛設立淨零碳排目標，希望可以在 2050 年達到碳中和，對此，不
少國家對核能寄予厚望，尤其是期許新一代核能技術可以為 2030 年後帶來新機遇，或許
上述第四代反應爐有機會上場。
畢竟由它們的設計目的是更便宜和更快地構建，若有機會很可能會很快變得非常普遍，只
是路途仍遙遠，比如日本先前努力嘗試的「文殊反應爐」，文殊反應爐也是屬於「增殖反
應爐」，日本耗資 85 億美元，但由於出現故障事故、監管違規等爭議，其實沒有獲得多
少良好收益，再加上 2011 福島核災後，日本民眾對於核電廠信任度下滑，最終該電廠在
2016 年退役。不過新核電設計基於利基應用也會有新的機遇，目前已經有計劃在月球上
建造小型核能反應爐等多樣化設計。
Generation IV, the future of nuclear power
https://newatlas.com/technology/generation-iv-future-nuclear-power/
（首圖來源：pixabay）
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https://technews.tw/2022/04/19/nuclear-generation-iv/
6.備註:
未來如果核五蓋快中子增殖爐，我想核廢料會被吃光光，反核人士就會不高興失業了。