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一代：核電站的開發與建設開始于上世紀50年代。1954年，前蘇聯建成電功率為五千千瓦的實驗性核電站；1957年，美國建成電功率為九萬千瓦的希平港原型核電站。這些成就證明了利用核能發電的技術可行性。國際上把上述實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。
二代：上世紀60年代后期，在試驗性和原型核電機組基礎上，陸續建成電功率在30萬千瓦以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等 核電機組，它們在進一步證明核能發電技術可行性的同時，使核電的經濟性也得以證明：可與火電、水電相競爭。上世紀70年代，因石油漲價引發的能源危機促進了核電的發展，目前世界上商業運行的四百多座核電機組絕大部分是在這段時期建成的，稱 為第二代核電機組。
三代：上世紀90年代，為解決三里島和切爾諾貝利核電站的嚴重事故的負面影響，世界核電界集中力量對嚴重事故的預防和后果緩解進行了研究和攻關，美國和歐洲先后出臺“先進輕水堆用戶要求”文件和“歐洲用戶對輕水堆核電站的要求”，進一步明確了防范與緩解嚴重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。國際上通常把滿足這兩份文件之一的核電機組稱為 第三代核電機組。
對第三代核電機組,要求能在2010年前進行商用建造。在國際上，目前已比較成熟的第三代核電壓水堆有AP-1000、ERP和 System80+三個型號，System80+雖已經美國NRC批準，但美國已放棄不用。
第三代核電技術問世以后，受到全球核電用戶的普遍關注，包括中國在內的一些核電業主已經選用或準備選用更安全、更經濟的第三代核電技術進行新的核電機組建設。
四代：2000年1月，在美國能源部的倡議下，美國、英國、瑞士、南非、日本、法國、加拿大、巴西、韓國和阿根廷等十個有意發展核能利用的國家，聯合組成“第四代國際核能論壇”(GIF)，并于2001年7月簽署了合約，約定共同合作研究開發第四代 核能系統(Gen Ⅳ)。
第四代核能利用系統，是指安全性和經濟性都更加優越，廢物量極少，無需廠外應急，并具有防核擴散能力的核能利用系 統，它的商用化估計要到2030年左右方能實現。