使用石墨慢化氦气冷却的反应堆。高温反应堆也称为高温气冷堆（HTGR），它是改进型气冷堆的进一步发展，也可称之为气冷堆的第三代。高温反应堆的主要特点是：①具有高度的固定安全性：由于堆芯功率密度低，热容量大，并具有负反应性温度系数，因此即使在反应堆冷却剂流失事故的情况下，堆芯余热也可依靠自然对流、热传导和辐射传出。同时冷却剂氦气是惰性气体，与结构材料相容性好，氦气中子吸收截面小，难于活化，因此在正常运行时，氦气的放射性水平很低，有利于运行和维修。②燃料循环灵活，转换比高和燃耗深，不仅可以使用低浓铀燃料，也可以使用高浓铀和针燃料，实现钍--铀燃料循环。燃料的燃耗深度可高达100000 MW·d/tU，提高了燃料的经济性。③热效率高：由于高温气冷堆出口温度高，可以产生19.0 MPa，535℃的高温高压过热蒸汽，配以常规汽轮机组，热效率可达40%，如果采用高温氦气轮机的直接循环，热效率更可提高到50%～60%。④用途广泛：高温气冷堆还可提高900～950℃以下的高温工艺气体，用于炼钢、黑色金属生产、煤的气化和液化、氨和甲醇的生产以及轻纺、海水淡化等工业。

　　高温气冷堆采用涂敷颗粒型燃料，用石墨做减速剂和结构材料。

　　按照燃料元件形状和堆芯结构布置特点，迄今世界上高温气冷堆可分为两类，一类是球床堆，另一类是柱状堆。两种不同的堆芯结构，各有一些设计特点。球床堆采用不停堆装卸燃料元件，它是通过堆芯上方的装卸料机构不断向堆芯装料，而在堆芯下部的卸料机构卸料。柱状堆采用停堆换料。换料间隔时间以及每次换料量，不同的设计有所差异。

　　从设计结构方面看，球床堆或柱状堆，它们的共同点是堆芯减速剂与燃料元件属一体化，燃料与减速剂石墨构成一个整体。只是球床堆的球形燃料元件没有规则的冷却剂通道，氦冷却剂是在燃料球的间隙中自上而下的流动，去冷却堆芯；而柱状堆的柱状燃料元件留有垂直的冷却剂流道，冷却剂沿流道自上向下流动。另外球形堆的控制棒可直接插入球形燃料元件中，不需控制棒孔道。而柱状堆设有控制棒孔道。上述两种高温气冷堆的堆芯结构各有优缺点。

　　球床堆芯的优点是：①球形燃料元件的设计和制造较为简单；②堆芯内可方便地混合装载适当比例的石墨元件和少量的吸收元件，并可采用不停堆装卸料和实现多次再循环，因而功率分布和燃料的燃耗深度都较均匀；③采用不停堆换料有利于提高堆的可利用率；④燃耗较深。其缺点是：①为实现燃料多次循环而设置的装卸料系统比较复杂，其可靠性不如常规的停堆换料装置；②反射层更换较难，需用寿命长、耐辐照的高品质石墨。

　　柱床堆芯的优点是：①易做成环状堆芯，有利于传热，因而在堆芯尺寸相同的情况下，环状堆芯功率输出约可比圆柱堆芯提高40%；②柱状堆芯有固定的冷却剂流道，因此氦冷却在堆芯内的压力降较小，可减少循环风机的功率；③柱状堆芯的所有部件易于更换，因而对石墨品质的要求(尤其是抗辐照性能)比球床堆芯的石墨要求低；④停堆安全裕度大。其缺点是为了降低堆芯轴向功率峰值因子，需沿轴向装载不同含铀量的燃料元件，为此需采用富集度为19.9%的加浓铀加上钍的燃料，这对一次通过式燃料循环来说，经济性较差。

　　据资料报道七十年代国外主要开发设计大功率(1000 MW)级的高温气冷堆。八十年代之后改变了设计方向，重点设计采用低浓铀-钍燃料的模块式高温气冷堆。这种堆与已建成的高温堆相对比，在燃料、减速剂、冷却剂等方面基本相同只是电功率较小一般在200 MWe以下。模块堆是一个堆为一个模块不同数目的模块可以组成不同功率的高温气冷堆电站。