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核电发展阶段如图1 -1所示。1938年，德国的哈思和斯特拉斯曼首先发现了铀的裂变反应，揭开了原子能技术发展的序幕。在费米教授的领导下，美国在1942年建成第一座原子反应堆，1945年制成第一颗原子弹，1951年12月20日，美国的一个反应堆开始发电，点亮了4盏灯泡；1954年，苏联建成世界上第一座核电站，6月份发电，功率为5 000 kW。这一时期的核反应堆技术以军事应用为主，逐步向民用转化。进入20世纪50年代之后，核能的和平利用技术开始得到快速发展。
图1-1 核电发展的几个阶段
目前，国际上通常把核电技术的发展划分成四个阶段。第一个阶段是20世纪的五六十年代，是核电大规模商业化应用之前的实验验证阶段，其中比较典型的有美国的希平港压水堆核电站，它是较早的商业运行核电站，装机容量为60 MW，1957年12月首次临界，1982年10月关闭。该反应堆最初是作为航母的动力装置设计的，后改为医用，且于1977年改为轻水增殖堆。还有英国发展的镁诺克斯合金核反应堆技术，采用二氧化碳作为冷却剂，石墨作为慢化剂，镁诺克斯合金作为包壳材料。该技术的首次应用是英国的卡德霍尔核电站，1956年3月并网发电，2003年3月关闭，该种核反应堆技术目前已被淘汰。这一阶段的核反应堆技术被称为第一代核能系统。
20世纪50年代末期到70年代末期是核电站发展的高潮期。继苏联建成核电站之后，美国研制了轻水反应堆（轻水压水堆和轻水沸水堆），英国和法国发展了气冷反应堆，加拿大发展了坎杜型重水反应堆。利用核裂变的核电站已经达到了技术上走向成熟、经济上有竞争力、工业上大规模推广的阶段。特别是能源危机的影响，使很多经济发达国家把发展核电放在重要的位置。到1979年底，已有22个国家和地区建成核电站反应堆共228座，总容量1亿3千多万kW，其发电量占全世界发电总量的8%。
20世纪80年代，核电的发展比较缓慢，核电发展进入了低潮期，主要原因是：①工业国家发展趋于平稳，产业结构由高能耗向高技术、低能耗的方向调整，能源供给不足的局面得到缓解；②核电的安全性受到社会的进一步关注，特别是美国三里岛事故和苏联的切尔诺贝利事故，使核电的发展受到很大影响。
20世纪80年代到90年代，许多发展中国家、特别是亚洲很多国家经济的迅速发展，对能源的需求日益加大，同时人们对核电技术及其安全性也有了更充分的认识，促进了核电的快速发展。到1998年，世界上已有核电机组429台，装机容量达345 407 MW，其中美国104台，英国35台，俄罗斯29台，韩国14台，日本52台，印度10台，法国58台，我国大陆3台，我国台湾6台。新建核电站主要在发展中国家。
20世纪 60 年代后期至 21 世纪初世界上大批建造的、单机容量在 600~1 400 MW的标准型核电站反应堆称为第二代核能系统，目前世界上在运行的核电机组基本上都是第二代核能系统。和第一代核能系统不同的是，第二代核能系统是基于几个主要的反应堆技术形式，每种堆型都有多个核电站应用，是标准化和规模化的核能利用。第二代核能系统的堆型分布为：PWR（轻水压水堆）约为66%（290 GW）；BWR或ABWR（沸水堆和先进沸水堆）约为22%（97 GW），PHWR（重水压水堆）约为6%（26 GW）；其他堆型为 6%。全球已建核电站的反应堆堆型分布如图 1-2所示。
图1-2 全球已建核电站的反应堆堆型分布
第二代核能系统是20世纪80年代开始发展、90年代中期开始投放核电市场的先进轻水堆，主要包括GE公司的先进沸水堆，法国法马通和德国西门子公司联合开发的欧洲压水堆（EPR），ABB-CE公司开发的系统80，以及西屋公司开发的AP600。第三代核能系统是在第二代核能系统的基础上进行的改进，均基于第二代核能系统的成熟技术，提高了安全性，降低了成本。第三代核能系统研发的市场定位是欧英等发达国家20世纪90年代末期至21世纪初期的电力市场。由于第二代核电站的设计寿命一般为40年，20世纪60年代前后建设投运的一批核电站将在20世纪末和21世纪初相继开始退役，核电会有一定的市场发展空间。不过，实际上，第三代核能系统的市场竞争力较弱，主要原因是：全球电力工业纷纷解除管制，进行电力工业的市场化改革，而核电系统的初投资太高、建设周期长，因此投资风险较大，在自由竞争的电力市场中吸引投资的能力较弱；同时，核电站的退役费用较高，很多第二代核电站倾向于采用延寿技术推迟退役时间。因此，第三代核能系统只能进—步改进，主要是降低成本和缩短建设周期，这种改进的第三代核能系统也称为“第三代+”核能系统，典型的如西屋公司的AP1000。
21世纪初，在美国的倡导下，一些国家的核能部门开始着手联合开发第四代核能系统。按预期要求，第四代核能系统应在经济性、安全性、核废处理和防扩散等方面有重大变革和改进，在2030年实现实用化的目标。目前，第四代核能系统处于概念设计和共键技术研发阶段。