1999年6月，美國能源部(Department of Energy，DOE)首次提出了第四代核電站的倡議。2000年1月，在美國的倡議下，美國、英國、瑞士、南非、日本、法國、加拿大、巴西、韓國和阿根廷共10個(gè)有意發(fā)展核能的國家，聯(lián)合組成了“第四代國際核能論壇”(GIF)，在發(fā)展核電方面達(dá)成共識(shí)，其基本思想：全世界(特別是發(fā)展中國家)為社會(huì)發(fā)展和改善全球生態(tài)環(huán)境需要發(fā)展核電;第三代核電還需改進(jìn);發(fā)展核電必須提高其經(jīng)濟(jì)性和安全性，并且必須減少廢物，防止核擴(kuò)散;核電技術(shù)要同核燃料循環(huán)統(tǒng)一考慮。

第四代技術(shù)已不僅僅局限于核電技術(shù)，而是提出了更具有整體意義的“核能系統(tǒng)”概念。可以期待，第四代核能系統(tǒng)將會(huì)是具有更好的安全性、經(jīng)濟(jì)競爭力，核廢物量少，可有效防止核擴(kuò)散的先進(jìn)核能系統(tǒng)，代表了先進(jìn)核能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)前沿。

2002年GIF經(jīng)過討論，一致同意開發(fā)以下六種第四代核電站概念堆系統(tǒng)。

2.1 氣冷快堆系統(tǒng)

氣冷快堆(Gas-cooled Fast Reactor，GFR)系統(tǒng)是快中子潛氦冷反應(yīng)堆，采用式燃料循環(huán)，燃料可選擇復(fù)合陶瓷燃料。它采用直接循環(huán)氦氣輪機(jī)發(fā)電，或采用其工藝熱進(jìn)行氫的熱化學(xué)生產(chǎn)。參考反應(yīng)堆是288 MW的氦冷系統(tǒng)，出口溫度為850 ℃。

2.2 鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)

鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆(Lead- cooled Fast Reactor，LFR)系統(tǒng)是快中子譜鉛(鉛/鉍共晶)液態(tài)金屬冷卻堆，采用閉式燃料循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)可轉(zhuǎn)換鈾的有效轉(zhuǎn)化，并控制錒系元素。燃料是含有可轉(zhuǎn)換鈾和超鈾元素的金屬或氮化物。

2.3 熔鹽反應(yīng)堆系統(tǒng)

熔鹽反應(yīng)堆(Molten Salt Reactor，MSR)系統(tǒng)是超熱中子譜堆，燃料是鈉、鋯和氟化鈾的循環(huán)液體混合物。熔鹽燃料流過堆芯石墨通道，產(chǎn)生超熱中子譜。MSR系統(tǒng)的液體燃料不需要制造燃料元件，并允許添加钚這樣的錒系元素。錒系元素和大多數(shù)裂變產(chǎn)物在液態(tài)冷卻劑中會(huì)形成氟化物。熔融的氟鹽具有很好的傳熱特性，可降低對(duì)壓力容器和管道的壓力。參考電站的功率水平為1 000 MW，冷卻劑出口溫度為700～800℃，熱效率高。

2.4 液態(tài)鈉冷卻快堆系統(tǒng)

液態(tài)鈉冷卻快堆(Sodium-cooled Fast Reactor，SFR)系統(tǒng)是快中子譜鈉冷堆，它采用可有效控制錒系元素及可轉(zhuǎn)換鈾的轉(zhuǎn)化的閉式燃料循環(huán)。SFR系統(tǒng)主要用于管理高放射性廢棄物，尤其在管理钚和其他錒系元素方面。該系統(tǒng)由于具有熱響應(yīng)時(shí)間長、冷卻劑沸騰的裕度大、一回路系統(tǒng)在接近大氣壓下運(yùn)行，以及該回路的放射性鈉與電廠的水和蒸汽之間有中間鈉系統(tǒng)等特點(diǎn)。因此安全性能好。

2.5 超高溫氣冷堆系統(tǒng)

超高溫氣冷堆(Very High Temperaiure Reactor，VHTR)系統(tǒng)是一次通過式鈾燃料循環(huán)的石墨慢化氦冷堆。該反應(yīng)堆堆芯可以是棱柱塊狀堆芯(如日本的高溫工程試驗(yàn)反應(yīng)器HTTR)，也可以是球床堆芯(如中國的高溫氣冷試驗(yàn)堆HTR-10)。VHTR系統(tǒng)提供熱量，堆芯出口溫度為1 000℃，可為石油化工或其他行業(yè)生產(chǎn)氫或工藝熱。該系統(tǒng)中也可加入發(fā)電設(shè)備，以滿足熱電聯(lián)供的需要。參考堆采用600 MW堆芯。

2.6 超臨界水冷堆系統(tǒng)

超臨界水冷堆(Super Critical Watcr-cooled Reactor，SCWR)系統(tǒng)是高溫高壓水冷堆，在水的熱力學(xué)臨界點(diǎn)(374℃，22.1 MPa)以上運(yùn)行。超臨界水冷卻劑能使熱效率提高到輕水堆的約1.3倍。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：冷卻劑在反應(yīng)堆中不改變狀態(tài)，直接與能量轉(zhuǎn)換設(shè)備相連接，因此可大大簡化電廠配套設(shè)備。燃料為鈾氧化物。參考系統(tǒng)功率為1 700 MW，運(yùn)行壓力為25 MPa，反應(yīng)堆出口溫度為510～550 ℃。

在在第四代核電機(jī)組的研發(fā)中，我國走在了世界前列。清華大學(xué)10 WM高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆是我國自主研發(fā)、自主設(shè)計(jì)、自主制造、自主建設(shè)、自主運(yùn)行的世界上第一座具有非能動(dòng)安全特性的模塊式球床高溫氣冷堆，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到世界先進(jìn)水平，為商業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2012年12月9日，中國自主研發(fā)的世界首座具有第四代核電特征的高溫氣冷堆核電站在山東省榮成市的石島灣核電站開工建設(shè)。石島灣核電站是中國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第一座高溫氣冷堆示范電站，也是世界上第一座具有第四代核能系統(tǒng)安全特性模塊式高溫氣冷堆商用規(guī)模示范電站。高溫氣冷堆將成為我國未來核能系統(tǒng)的首選堆型之一。