高溫氣冷堆以氦氣作為冷卻劑、石墨作為慢化劑，使用全陶瓷燃料。相對于堆芯出口溫度約為320℃的傳統(tǒng)壓水堆，高溫氣冷堆有更好的固有安全性，且堆芯出口溫度通常可達750～950℃。更高的堆芯出口溫度不僅有利于提高發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效率，還可為工業(yè)部門直接提供高溫工藝熱。隨著材料技術的進步，未來還能研發(fā)出堆芯出口溫度超過950℃的反應堆。

美國、英國、加拿大、波蘭和日本等國已制定扶持方案，支持利用高溫氣冷堆滿足工業(yè)部門的高溫工藝熱需求，目標是在本世紀20年代后期或30年代初期實現(xiàn)高溫氣冷堆的示范。下表列出了美、英、日等國企業(yè)和機構(gòu)正在研發(fā)的高溫氣冷堆設計。

美國能源部已在其“先進反應堆示范計劃”下為X能源公司提供資助，支持其在華盛頓州哥倫比亞縣的一個現(xiàn)有廠址建設首座Xe-100電廠。

加拿大核實驗室（CNL）2018年4月啟動首個模塊化小堆示范項目，共有包括MMR和U-Battery兩種高溫氣冷堆在內(nèi)的四種小堆設計參加。其中MMR的進展最快，已進入示范項目的第三階段（共分四階段），即土地布置及其他合同談判。

雖然上述高溫氣冷堆示范項目均沒有涉及將高溫氣冷堆與高溫工藝熱應用結(jié)合在一起的詳細計劃。但是各國都在推進相關研究，例如，“歐洲地平線2020”計劃于2017年資助了一個名為GEMINI+的國際合作項目，目的是證明高溫氣冷堆工藝熱應用的可行性。GEMINI+已提議用于熱電聯(lián)供的高溫氣冷堆設計基準，并計劃在波蘭建設一座試驗堆。

歐洲“可持續(xù)核能技術平臺”（SNETP）正在規(guī)劃一項后續(xù)國際合作開發(fā)活動，重點關注高溫氣冷堆熱電聯(lián)供的取證和示范。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省資源能源廳2022年4月與日本原子能研究開發(fā)機構(gòu)和三菱重工（MHI）簽署合同，將建設一座與高溫工程試驗堆（HTTR）配套的制氫設施，目的是示范HTTR高溫工藝熱制氫技術。第四代反應堆國際論壇（GIF）正在通過國際合作開展超高溫反應堆（VHTR）以及高溫核熱制氫技術研究。

現(xiàn)有研究表明，高溫氣冷堆在三個方面擁有很強的安全性。

一是非能動安全特性：帶有涂敷層的三元結(jié)構(gòu)各向同性（TRISO）燃料顆粒擁有良好的耐高溫性能和包封能力，石墨慢化劑擁有高熱容量和強導熱能力，氦冷卻劑具有化學惰性。在這些特性的共同作用下，高溫氣冷堆在事故工況下，能夠不借助外部設備或操縱員干預，將堆芯熱量轉(zhuǎn)移至外部環(huán)境。

二是在事故應急響應期間降低對操縱員行動的依賴：由于堆芯的低功率密度和石墨堆芯結(jié)構(gòu)件的高熱容量，高溫氣冷堆堆芯溫度在事故發(fā)生后的上升速度緩慢，為操縱員采取相應行動預留了較長時間，通常為幾天或一周。

三是核燃料對放射性核素的穩(wěn)固包封：TRISO燃料具有很強的耐高溫能力，能夠在1600～1800℃的高溫下包封裂變產(chǎn)物?？梢詫Ψ磻讯研具M行專門設計，使堆芯最高事故溫度不會超過燃料最高可承受溫度，進而使反應堆不會發(fā)生燃料熔毀事故。

上述安全特性已在多座反應堆的試驗和示范中得到證實。尤其是，日本使用HTTR進行的“冷卻劑喪失”項目研究已經(jīng)證明：在運行期間，即使喪失所有中子反應控制功能和反應堆冷卻功能，反應堆也不會發(fā)生嚴重事故或向外界釋放放射性物質(zhì)。

使用高溫氣冷堆滿足工業(yè)部門的能源需求，能夠帶來下述五點益處。

一是幫助降低碳排放：核能是目前可供使用的全生命周期碳排放量最低的能源技術之一；使用高溫氣冷堆為工業(yè)部門提供能源，能夠大幅減少化石燃料的使用，進而降低碳排放。

二是提供高溫工藝熱：即將建設首堆的高溫氣冷堆設計通常能提供550～700℃的工藝熱，能夠以商業(yè)規(guī)模廣泛滿足工業(yè)部門的能源需求。

三是保障能源供應的可靠性和靈活性：與傳統(tǒng)核電廠一樣，高溫氣冷堆不僅能夠長時間穩(wěn)定運行，還能夠根據(jù)外部能源需求調(diào)整運行功率。如果進行專門設計，高溫氣冷堆能提供三種產(chǎn)品，即熱量、電力和儲能產(chǎn)品，并能夠在運行期間靈活地在這三種產(chǎn)品之間進行切換。

四是確保供應安全性：雖然從鈾礦生產(chǎn)天然鈾，并制成鈾-235豐度超過5%的濃縮鈾燃料需要建設相應的基礎設施，但是目前全球有充足的鈾資源可供使用；鑒于鈾的供應相對穩(wěn)定且燃料費用在總運行成本中所占比例相對較低，高溫氣冷堆的運行成本相對穩(wěn)定，不易受國際局勢的影響，有助于其持續(xù)穩(wěn)定運行。

五是部署靈活：高溫氣冷堆占地面積遠小于傳統(tǒng)核電廠，且不需要使用水作為冷卻劑，對廠址的要求相對較低，可以在更廣泛的地區(qū)部署。

使用高溫氣冷堆滿足工業(yè)部門能源需求，除了需要繼續(xù)推進高溫氣冷堆的技術研發(fā)，使其盡早實現(xiàn)商業(yè)化之外，國際能源署認為需要在下述五個方面開展工作。一是就高溫氣冷堆與相關工業(yè)流程的配套運行展開針對性研究和示范。二是與各行業(yè)人員和廣泛的干系人進行溝通和合作。三是制定和協(xié)調(diào)相關監(jiān)管程序。四是適時建立高豐度低濃鈾（即鈾-235豐度在5%～20%之間的濃縮鈾）燃料供應鏈。五是政府應致力于實施碳減排政策并提供可預測且有效的激勵方案。