英国物理学家查德威克于1932年发现了中子，中子像一把钥匙打开了原子核的大门，为核能的利用开辟了广阔的空间。核能分为核裂变能和核聚变能两种，现在核电厂利用核能的方式是可控核裂变反应，可控核聚变还正在研究之中。

1942年由费米领导的研究小组在美国芝加哥大学建成了世界上第一座自持链式核裂变反应装置，1954年前苏联建成第一座5兆瓦石墨水冷堆核电厂，从此开辟了核能和平利用的新纪元。反应堆的结构形式是千姿百态的，它根据燃料形式、冷却剂种类、中子能量分布形式、特殊的设计需要等因素可建造成各种不同结构形式的反应堆。目前世界上有大小反应堆上千座，其分类也是多种多样的。

反应堆按中子能谱分有热中子堆和快中子堆。反应堆按冷却剂分有轻水堆、重水堆、气冷堆和钠冷堆。其中的轻水堆又可分为压水堆和沸水堆；气冷堆中代表性的堆型是高温氦气冷却石墨球床堆，简称高温气冷堆；液态金属冷却堆的代表堆型是钠冷快中子增殖堆，简称钠冷快堆。反应堆按用途分为研究堆、生产堆和动力堆等，生产堆主要是用于生产军用钚和氚。下面，笔者将结合我国目前核电发展现状大致介绍下常见堆型的情况。

压水堆（英文简称pwr）最初是美国为核潜艇设计的一种堆型，然后逐渐发展到陆地上来。1957年，世界第一座商用压水堆核电厂希平港核电厂建成，功率为6万千瓦。五十多年来，这种堆型得到了很大的发展，经过一系列的重大改进，已经成为目前技术上最成熟的堆型之一。

压水堆的冷却剂是轻水，这是因为轻水不仅价格便宜，而且具有优良的热传输性能。所以在压水堆中，轻水不仅作为中子的慢化剂，同时也用作冷却剂。但是，从传热的角度看轻水有一个明显的缺点，就是常压下沸点太低了。而根据热力学原理，要使热力系统有较高的热能转换效率，就要提高温度；而要获得高的温度，就必须增加冷却剂的系统的压力使其处于液相状态，其原理就好比我们日常使用的高压锅。因此压水堆是一种使冷却剂处于高压状态的轻水堆，现在我国大部分核电厂是压水堆核电厂。

我国在1971年开始进行核电厂的研究和设计。经过几十年的努力，我国迄今已经建成和正在建设的核电机组已经达到十几套，先后建成了秦山、大亚湾、田湾等多个核电基地。秦山核电厂是我国大陆第一座核电厂。它是我国自行设计建造的30万千瓦原型压水堆核电厂，于1985年开工建设，1991年12月15日首次并网发电，1994年投入商业运行，已有10多年安全运行的良好业绩，被誉为“国之光荣”。

值得一提的是，我国按照秦山核电站30万千瓦机组为原型向巴基斯坦出口了一座压水堆核电厂，这也是我国第一座出口核电站，于2000年6月投入运行。

压水堆代表电站：秦山核电站30万千瓦机组

在压水堆中，冷却剂回路的水通过堆芯时被加热，随后在蒸汽发生器中将热量传给二回路的水使之沸腾产生蒸汽。沸水堆（英文简称bwr）与之相比则省去了一个回路，直接在堆内沸腾产生蒸汽。

同为轻水堆，沸水堆与压水堆相比有两个不同点：第一是省掉了一个回路，因而不再需要昂贵的蒸汽发生器；第二是工作压力可以降低，为了获得与压水堆同样的蒸汽温度，沸水堆只需加压到7mpa左右，比压水堆低了一倍。

为了确保能源的稳定供应以及更大的发电量以支持发展，我国台湾地区于上世纪60年代末就决定兴建核电厂。截止到2013年2月，台湾有在运核电机组6台，在建机组2台。这些机组中，马鞍山核电站为西屋we-312型压水堆，其余均为沸水堆。在建的2台机组采用了第三代核电技术——先进沸水堆（abwr）。

其中的金山第一核电厂（简称核一厂）是台湾地区最早的核电站，一号机组于1970年核准兴建，1971年开始施工，1977年11月并网发电，1978年12月10日开始商业运转。二号机组则于1979年7月15日开始商业运转。

沸水堆代表电站：台湾核一厂

重水和轻水的热物理性能差不多，主要差别是由重水的核特性决定的。重水和轻水的核特性相差很大，这个差别主要表现在与中子的相互作用上面。重水的优点是它与堆芯内的热中子几乎不发生像轻水那样的吸收反应，因此可以有较高的中子经济性。以重水慢化的反应堆，可以采用天然铀作为核燃料。由于重水吸收热中子的几率小，所以重水慢化的反应堆，中子除了维持链式裂变反应之外，还有较多的剩余中子可以用来使238u转变为239pu，使得重水堆不但能用天然铀实现链式裂变反应，而且比轻水堆节约天然铀大约20％。

重水堆由于使用天然铀作燃料，堆芯的后备反应性必然较少，因此需要经常将烧过了的燃料元件卸出堆外，补充新燃料，因此同样功率的重水堆核电厂产生的乏燃料数量要比压水堆多。为了电站的发电效率，不能经常为此而停堆装卸核燃料，所以要求重水堆核电厂能够进行不停堆换料。

秦山第三核电厂是中国和加拿大合作建造的我国第一座重水堆核电厂，装有两台72.8万千瓦核电机组。它于1998年6月8日开工建设。1号机组于2002年11月19日实现首次并网，2002年12月31日投入商业运行，2号机组于2003年6月12日并网发电。

秦山三厂两台机组在满功率运行期间有21根不锈钢调节棒组件长期插在堆芯，用以展平中子通量，若将其全部不锈钢调节棒组件更换成钴59调节棒组件，通过中子辐照，便可以大量生产钴60辐射源，从而生产钴60同位素。目前秦山三厂两台机组作为国内“唯二”，生产的同位素钴60大概能满足国内80%的需求，而此前，这全部都得依靠进口。钴60是金属元素钴（co）的放射性同位素，是食品保鲜、工业探伤、医学等诸多领域不可或缺的。

值得一提的是，中核集团于2014年9月与阿根廷签署了重水堆项目框架合同，在核电走出去历史上又迈出了新的脚步。

重水堆代表电站：秦山第三核电厂

气冷堆代表电站：石岛湾核电高温气冷堆核电站在建

轻水和重水统称为水，因此轻水堆和重水堆可统称为水堆或水冷堆。除了用水冷却外，还有用气体作为冷却剂的气冷堆。

高温气冷堆是一种安全性、经济性好的新型核反应堆，它改用氦气作冷却剂，石墨作慢化材料，采用包覆颗粒燃料和石墨构成的球形燃料元件，并采用全陶瓷的堆芯结构材料。高温气冷堆发电效率很高，并可用于煤的液化和气化、稠油热采、制氢等，在未来的能源系统中具有广阔的应用前景，对于改善环境、实现可持续发展具有重要意义。

高温气冷堆的核燃料，是用溶胶凝胶法，将二氧化铀或碳化铀制成直径小于1mm的小球，其外部包裹着热解碳涂层和碳化硅涂层。球形元件堆放时，彼此间有空隙可供气体流过。由于每颗燃料小球有多层包壳，而且每颗燃料小球之间都有石墨包围，所以这种燃料元件在堆内几乎不会破裂。

高温气冷堆的冷却剂是氦气，在氦循环风机的驱动下不断通过堆芯将裂变能带出，进行闭式循环。堆芯放在有石墨衬里的预应力混凝土压力容器内。氦气是一种惰性气体，化学性质不活泼，容易净化，不引起材料的腐蚀。由于余热的份额少，又便于用空气冷却塔，热污染少，因而这种堆可以建在冷却水源不足的地方，比如说我国的内陆地区，而且事实也是如此，由中国核建、清华大学等单位投资的高温气冷堆项目就落于江西瑞金、湖南龙门。

因为它安全性好，放射性释放量少，所以这种堆更能靠近大城市建造，从而可以减少能量输送时的损失，英国、美国和西德先后建起了三座高温气冷试验堆。由于高温气冷堆在技术上具有水冷堆无法比拟的优点，因而在国际上引起了普遍重视。

石岛湾核电高温气冷堆核电站示范工程是国内第一座高温气冷堆示范电站，是世界上第一座具有第四代核能系统安全特征的20万千瓦级高温气冷堆核电站。石岛湾核电厂址位于荣成市，高温气冷堆核电站示范工程已经于2012年12月正式开工建设。

快堆采用钚或高浓铀作燃料，一般用液态金属钠作冷却剂，不用慢化剂。快堆装入足够的核燃料后，由于维持链式裂变反应后剩余的中子多，所以只要添加238u，由238u转化成的239pu，除能满足链式裂变反应的继续消耗外，还有较多剩余。热中子堆核电厂是消耗核燃料生产电能的工厂，快堆核电厂则是可以同时生产核燃料和电能的工厂。快堆是当前反应堆发展的方向，将逐渐在各种类型的核反应堆中占主导地位。

世界上现有的、正在建造的和计划建造的，都是钠冷快堆。钠的中子吸收截面小，比热容大。它的沸点高达886.6℃，所以在常压下可以有很高的工作温度，而且在工作温度下对很多钢种腐蚀性小，无毒。因此钠是快堆的一种很好的冷却剂。

中国实验快堆是我国第一座快堆，于1992年3月获国务院批准立项，2000年5月开工建设，已于2011年7月21日10点成功实现并网发电。

钠冷快堆代表电站：中国实验快堆

（部分内容摘自果壳网原文标题《核电反应堆类型及现状》作者：俞冀阳）