超高温原子炉
高温ガス炉は一次冷却材に液体金属ではなくヘリウムを用いるガス直接冷却黒鉛炉である。大型化が困難であるが、非常に炉心溶融しにくい。 高温ガス炉の特徴としては、多くの設計において黒鉛を減速材とし、以前のような燃料棒でなく、何らかの形式で皮膜された粒状の燃料の集合体を基にしているなど受動安全性が重視されていることが挙げられる。ガス冷却の場合、商業利用されている高温ガス炉(黒鉛減速ガス冷却炉)と互換性がある。 超高温炉の中で、現在もっとも実用化に近い型式である高温ガス炉には二つのタイプがある。一方はペブルベッド炉(英語版)であり、もう一方は六角柱型炉である。六角柱炉は炉心の形状からその名がついており、六角柱の燃料集合体の炭素ブロックが円形の圧力容器に会うように組み合わされており、ペブルベッド炉の設計は核燃料を黒鉛で覆った仁丹状の燃料を集め、6 cm 程度の球にしたものを圧力容器中心部に積み上げたものである。両方の炉で、出力要求や設計にあわせて格納容器の中央に黒鉛の塔を入り輪にしたものもある。
なお、歴史上初めて臨界に達した原子炉も黒鉛炉(シカゴ・パイル1号)であるが、これは原子爆弾材料のプルトニウム239の生成用原子炉を設計するための実験炉として開発されたものである。
材料開発が必要ないため実用化に最も近く、初期故障の懸念も少ない。
メンテナンス性がよい
ヘリウムは鉛や溶融塩と異なり透明なため原子炉内部が目視でき、トラブル時にも対応が容易である。また、冷却を維持するために加温する必要もない。
放射化の影響が小さい
単位体積あたりの核分裂量が軽水炉の数十分の1であり、放射される中性子が少ないため、炉体と建屋の中性子遮蔽は軽水炉よりも簡素で済む。このため、建設コストおよび廃炉コストが安価にできる可能性がある。また、原子炉容器の中性子脆化が遅く、配管が水で腐食することもないので原子炉寿命が長い。
使用済み核燃料が少ない
炉心溶融しにくいため、プルトニウム富化度を高めた燃料(典型的には20%程度)が使用可能であり、熱効率の良さも相まって、使用済み核燃料は発電量あたり1/5(ただし核の灰の排出量は1/1.7)となる。使用済み核燃料の保管・管理コストも低減できる。
サウジアラビアが中国の中国核工業建設集団公司(CNEC)と高温ガス炉建設に関する了解覚書を締結。建設時期は未定。
超高温炉では熱と高い中性子量、また、溶融塩が採用された際には腐食性の環境といった問題があるため、従来の原子炉の限界を超える素材を必要としている。超高温炉を含む様々な第4世代原子炉の一般的な研究の中で、Murty と Charit は、「超高温炉に利用するために経年した後であっても、圧力下、非圧力下問わず高い安定性を持ち、振動耐性、展性、強度が維持でき、耐食性も初期的候補になる素材」を提案している。ニッケル基の超合金、炭化ケイ素、特定の品質のグラファイト、高クロム鉄、耐熱金属などのいくつかの素材が提案されている 。超高温炉を建設する前に対処しなければならない問題を明確にするために、アメリカ国立研究所の指揮でさらなる研究が行われている。
小型モジュール炉(SMR)であるため、大型化できない。
複数のプラントにおける問題。
建設地が大きくなる。
建設コストは高い。