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원자로의 설계 유형은 제1세대(Gen I), 제2세대(Gen II), 제3세대(Gen III), 제3+세대(Gen III+), 제4세대(Gen IV)와 같이 ‘세대’로 구분한다. 세대 구분 기준은 비용효과, 안전성, 핵보안과 핵비확산, 그리드 적절성, 상용화 로드맵, 핵주기와 같은 6개의 주요 속성에 따른다.

1940년대 말 미국과 구소련의 원자력잠수함에 이용되던 원자로 설계기술을 개량하여 원자력발전 시스템에 적용한 제1세대부터 현재의 제3세대/제3+세대 원자로가 개발되어 전 세계적으로 운영되고 있다.

제1세대는 1950~60년대에 원자력을 평화적 목적으로 이용하기 위해 처음 개발한 원자로들이다. 초창기 원자로인 미국의 쉬핑포트 원자로와 영국의 마그녹스 원자로가 해당된다. 이후 원자로 기술의 발전에 따라 원자로의 세대를 구분하기 시작했다.

제2세대는 1960년대부터 상업용 발전로가 본격적으로 건설되면서 운영되던 원자로들이다. 현재 전 세계 원자력 발전소에서 가장 많이 운영되고 있는 원자로들이며, 우리나라의 고리 1·2호기 원전과 월성 원전이 이에 해당한다.

제3세대는 1979년 스리마일섬(TMI) 원전사고 이후 원전의 안전에 관심이 높아지며 안전성과 경제성을 향상시킨 개량표준형 원자로들이다. 1980년대부터 개발되어 1990년대부터 본격적으로 건설·운영되었다.

한국표준형원전인 OPR1000 (Optimized Power Reactor 1000, 1000MW의 발전용량을 의미), 미국의 AP600, 월성 1호기 같은 캔두 6형 원전 등을 들 수 있다.

안전성과 경제성 개념을 더욱 강화한 것이 제3+세대 원자로이다. 유럽의 EPR, 미국의 AP1000, 우리나라의 APR1400, APR+, 일체형 원자로인 SMART가 이에 해당한다

현재는 향후 원자력에너지를 담당할 미래혁신 원자로인 제4세대 원자로를 개발하기 위한 연구가 각국에서 진행되고 있는데, 소듐냉각고속로, 초고온가스로, 가스냉각고속로, 납냉각고속로, 초임계수냉각로, 용융염원자로 등이 해당된다.