在“华龙一号”（HPR1000）先进压水堆等第三代核电技术加速部署的同时，先进核电技术快速发展。
美国、俄罗斯、中国、日本和韩国等全球主要核电国家加速第四代核电技术研发和部署，根据国际原子能机构先进反应堆信息系统（IAEA ARIS）数据，全球已有约80种先进核反应堆设计，其中美国17种，俄罗斯13种，日本11种，韩国7种，中国5种，且中国于2023年12月建成并运行了全球首座第四代核电站（高温气冷堆）。
高丰度低浓缩铀燃料（HALEU）等先进核燃料也伴随着先进核电技术快速发展，尤其是在俄乌冲突爆发后，美西方国家希望摆脱对俄先进核燃料的依赖（目前仅俄罗斯和美国生产高丰度低浓缩铀燃料，且只有俄罗斯实现了商业规模生产），正在加速部署先进核燃料生产设施，构建美西方国家的先进核燃料供应链。
本章节中，先进核电技术指第四代核电技术、小型模块化反应堆（SMR）和微型模块化反应堆（MMR）、先进核燃料技术，以及先进乏燃料后处理工艺等。
（一）第四代核电技术第四代核能系统国际论坛（Generation IV International Forum）以中子能量作区分，确定了6种反应堆堆型：超高温气冷堆（VHTR）（热中子）、超临界水堆（SCWR）（热/快中子）、钠冷快堆（SFR）（快中子）、气冷快堆（GFR）（快中子）、铅冷快堆（LFR）（快中子），以及熔盐堆（MSR）（热/快中子）。
2023年，全球科技强国加速第四代核电技术的研发与部署。
美国方面美国能源部（Department of Energy）通过“先进反应堆示范计划”（Advanced Reactor Demonstration Program）和“核能加速创新门户计划”（Gateway for Accelerated Innovation in Nuclear）等向橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）、阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）、桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）、泰拉能源公司（TerraPower）、ARC Clean Technology、SHINE Technologies、Aalo Atomics和Boston Atomics等提供支持，推动先进核电技术发展。
其中，泰拉能源公司的Natrium钠冷快堆已明确首堆地址，将于2028年建成。
欧洲方面英国moltexFLEX公司的稳定熔盐反应堆（SSR）通过优化堆芯和燃料棒材料设计显著提高了输出功率。
法国原子能和替代能源委员会（French Alternative Energies and Atomic Energy Commission）成立Hexana和Stellaria两家先进核电初创公司，其中，Hexana公司将开发基于钠冷快堆的小堆设计，Stellaria公司将开发基于熔盐堆的紧凑型能源系统。
法国NAAREA公司与英国newcleo公司获得法国原子能和替代能源委员会“创新核反应堆项目”（Innovative Nuclear Reactors）首批2500万欧元资金支持。
而后，两家公司建立战略和产业合作伙伴关系，共同推进快中子反应堆发展。
其中，NAAREA公司正在开发快中子熔盐堆，计划于2027年建成原型堆、2030年开始批量制造商业堆；newcleo公司计划于2030年在法国建造一座30兆瓦电力的铅冷快堆试验堆，并于2032年在英国建造首个商用铅冷快堆。
此外，法国的Hexana公司、Otrera公司（钠冷快堆）和Blue Capsule公司（钠冷快堆）等获得法国“法国2030”投资计划（“France 2030”Investment Plan）7720万欧元财政支持和法国原子能和替代能源委员会1890万欧元技术支持。
俄罗斯方面俄罗斯国家原子能集团公司（Rosatom）的BREST-OD-300是全球首座铅冷快堆。
2024年1月，BREST-OD-300已安装钢制反应堆底板和安全壳下层，标志着反应堆建设取得重要进展，按计划该反应堆将于2027年投运。
该项目是俄原公司“突破项目”（Proryv）的一部分，后续将建成由BREST-OD-300反应堆、乏燃料后处理设施，以及快堆燃料制造/再加工设施组成的综合体，实现综合体封闭式核燃料循环。
此外，俄罗斯水压试验设计院（OKB Gidropress）正在研发第4代微型铅铋冷却快堆SVET-M，这种微堆采用整体设计，高约为5米，可以使用多种类型的交通工具运输。
中国方面中国在超高温气冷堆、熔盐堆、钠冷快堆和铅铋快堆（LFR）等第四代核电技术上均有布局，2023年6月，甘肃钍基熔盐实验堆获得国家核安全局颁发的运行许可证，达到项目重要节点，可以进行后续装料工作。
12月，中国具有完全自主知识产权的全球首座第四代核电站——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程正式投入商业运行。
日本方面日本政府选择了以三菱重工（Mitsubishi Heavy Industries）为核心，日本原子能研究开发机构（Japan Atomic Energy Agency）、三菱快堆系统公司（Mitsubishi FBR Systems）等共同参与，在美国泰拉能源公司现有技术的基础上开发650兆瓦钠冷快堆设计，该项目预计于2040年代投入运行。
此外，比利时、意大利和罗马尼亚的核能管理机构和公司与西屋公司签署谅解备忘录，推进西屋公司的铅冷快堆在比利时、意大利和罗马尼亚等国部署。
（二）小堆和微堆国际原子能机构在《安全标准对非水冷反应堆和小型模块化反应堆的适用性》（Applicability of IAEA Safety Standards to Non-Water Cooled Reactors and Small Modular Reactors）指出，全球有超过80多种新反应堆设计正在研发中，这些新反应堆使用了创新的安全技术，包括非能动和固有安全特性、各种类型的燃料和冷却剂，以及在运输、建造、运行、乏燃料管理和退役等方面采取的新方法。
英国新核能观察研究所（New Nuclear Watch Institute）发布的《扩展成功：在竞争激烈的全球低碳能源市场中引领小型模块化反应堆未来》（Scaling Success: Navigating the Future of Small Modular Reactors in Competitive Global Low-Carbon Energy Markets）中指出，大规模发展核能是实现全球升温1.5℃目标必不可少的选择，而建造周期更短、初始投资更低、适用场景更丰富、模块化满足多种需求的小堆在实现全球净零排放目标中发挥着关键作用，预计到2050年全球小堆装机容量将达到150~170吉瓦（积极发展状态可达300吉瓦）。
其中，中国和俄罗斯运营约40%的小堆，美国和加拿大运营1/3的小堆。
俄罗斯的RITM反应堆系列将在全球小堆装机容量中占据最大份额，达到18%；中国的“玲珑一号”设计的份额其次，达到15%；美国NuScale公司的VOYGR （5%~10%）、通用日立核能公司（GE Hitachi Nuclear Energy）的BWRX-300，以及X能源公司（X-energy）的Xe-100（7%）也将占据大量市场份额。
美国第一政策研究所（America First Policy Institute）在《通往美国核能复兴的五个步骤》报告中指出，虽然美国通过大力推进风能和太阳能实现可再生能源发电量快速增加，但这些间歇性能源使美国能源可靠性大幅降低，美国作为曾经推动全球核电发展的主力，应该在顶层设计上重视核电发展，尤其是发展先进核电技术，成为全球核能发展的领导者。
美国方面美国能源部的“微型反应堆应用、研究、验证与评估”项目（Microreactor Applications Research, Validation and evaluation）稳步推进，“一回路冷却剂测试台”（Primary Coolant Apparatus Test）已投运。
X能源公司与陶氏集团（Dow）合作，在陶氏集团的Seadrif工厂建造4座Xe-100先进小型模块化反应堆，计划于2030年前投运，为该工厂提供安全、低碳、可靠的电能和热能。
X能源公司还与西北能源公司（Energy Northwest）签署联合开发协议，将在华盛顿州合作建设12座Xe-100小堆，首堆于2030年投运。
西屋公司发布AP300小堆设计，并计划于2030年完成建设；西屋公司建设eVinci微堆设计和制造中心，推动该堆型商业化。
此外，在军用核电方面，美国国防部（U.S. Department of Defense）通过“贝利计划”（Project Pele）开发可以通过货运列车、集装箱车、战略运输机等方式运输的微堆，这种设施可以在3天内部署、7天内撤离（见图5）。
BWXT公司于2022年6月获得美国国防部合同开发微堆原型。
2023年9月，美国国防部向X能源公司授予“贝利计划”第二个合同，对BWXT公司的设计进行完善。
同月，美国BWXT公司与Crowley公司开发搭载5~50兆瓦模块化核反应堆的浅吃水船体船舶，并通过浮力输电线缆向岛屿、军事基地或灾后地区提供电力（见图6）。
此外，美国空军、美国国防后勤局能源部门（Defense Logistics Agency - Energy）与Oklo公司合作，推动在Eielson空军基地部署美国空军首个微堆，增强军事设施能源独立性。
图5 “贝利计划”概念图图片
