一、前言
小型模組化反應爐(Small Modular Reactor, SMR)為新一代核能發電技術，具易於製造或組裝之便利性，並強調高安全性與低碳排特性。不同於傳統核電廠，SMR的體積和功率通常較小，一般指單一模組電功率不超過300 MWe之先進反應爐(其中數十MWe以下者又常被歸類為微型反應器(Micro Modular Reactor, MMR))，特別適合偏遠地區、小型電網、中小型工業區等場域應用。同時因其模組化設計，設備與零組件可在工廠事先標準化生產，再運至安裝地點完成組裝，預期可大幅縮短建造期。另外，SMR還導入被動安全系統，使其在喪失外部電力時仍可透過自然循環、重力或壓差進行冷卻，降低事故發生時的風險，故SMR成為目前國際上積極推廣的下一代核能選項，預估2025~2030年的年複合成長率達39.1%[1]。本文將聚焦SMR所需關鍵金屬材料之技術需求、供應鏈機會及未來挑戰，以作為我國材料產業布局之參考。
二、SMR對關鍵金屬材料的需求與應用
（一）SMR的類型與發展
根據世界核能協會的統計，截至2025年底，全球共有超過130個SMR專案，共85個開發單位、逾20個國家參與，不過這些專案絕大多數尚處於設計與開發階段[2]。
而依據這些SMR所使用的冷卻劑的不同，大致又可以分為以下四大類，包含水冷式反應爐(Water Cooled Reactor)、高溫氣冷式反應爐(High Temperature Gas Cooled Reactor, HTGR)、液態金屬冷卻式反應爐(Liquid Metal Cooled Fast Neutron Reactor)以及熔鹽式反應爐(Molten Salt Reactor, MSR)。其中，水冷式反應爐為當中技術成熟度最高者，也是近期商業化潛力最高的類型；高溫氣冷式目前也已有示範性商轉專案，該類型可提供超過750℃的高溫熱能，以支持高性能發電、工業或汽電共生等應用；液態金屬冷卻式可使用鈉、鉛、鉛鉍合金等冷卻劑，此類型反應爐能擁有極長的燃料週期，同時其若搭配閉式燃料循環與超鈾元素分離再利用，此快中子反應爐將具有降低長壽命放射性核種存量與改善燃料利用率的潛力，可支持先進燃料循環與永續核能應用；熔鹽式則採用熔鹽做為冷卻劑，部分液態燃料熔鹽爐因燃料溶解於熔鹽中，可降低傳統燃料棒護套破損的風險，但採用固態燃料設計者仍須面對燃料包覆材料問題[3]。
（二）金屬材料的需求與應用
雖然前一節指出SMR技術路線多元，但其發電基本原理仍多源自傳統核能系統，並在主要設備配置上具有一定共通性。以水冷式SMR為例，主要設備通常包含反應爐爐芯(Core)、控制棒(Control Rods)、蒸汽產生器(Steam Generator)、反應爐冷卻劑泵(Reactor Coolant Pumps)、穩壓器(Pressurizer)等，如下【圖1】所示。
資料來源：美國能源部/金屬中心MII-ITIS研究團隊整理(2026/7)
圖1 SMR主要結構示意圖
這之中，又有多樣零組件涉及金屬材料的使用，包含反應爐主體和結構零組件、圍阻與輻射防護模組、燃料護套材料、控制棒材料、熱交換器與管道系統等，其對金屬材料的性能要求主要集中於高溫強度、抗輻射劣化、耐腐蝕性與中子經濟性(Neutron Economy)[4]等面向。以反應爐主體與結構零組件為例，沃斯田鐵系不銹鋼及肥粒鐵–麻田散鐵系鋼(Ferritic-Martensitic Steel, F/M Steel)為常見的選擇，其中HT9型不銹鋼因其高溫強度和抗輻射劣化性能而被廣泛應用於快中子反應爐(Fast Reactor)；在圍阻與輻射防護模組上，需使用高密度材料(如鋼筋混凝土加鉛)以達到有效之γ射線屏蔽效果；在燃料護套材料中，鋯合金仍為水冷式反應爐現階段主流之材料，其低中子吸收特性有助提升燃料利用效率，不過為進一步提高安全性，鎳基合金、鐵鉻鋁合金等新型材料亦逐漸受到關注，如Haynes 230等鎳基高溫合金即被部分研究評估為候選材料[5](尚非商用核級定案材料)；在控制棒方面，則多採用具高熱中子吸收截面之材料，如鉿、銀銦鎘合金等；而在熱交換器與管道系統的部分，常採用鎳基合金、不銹鋼與鈦合金等材料，以確保在高溫高壓環境下仍具備良好導熱性、抗蠕變能力及耐應力腐蝕開裂特性，其中美國NuScale Power即採用Alloy 690、304/304L、316/316L等金屬[6]。相關說明整理如下【圖2】。
資料來源：NuScale Power、Frost & Sullivan/金屬中心MII-ITIS研究團隊整理(2026/7)
圖2 SMR所需金屬與特性概述
三、關鍵金屬材料的應用機會與挑戰
（一）核能技術推動高性能金屬與特殊合金發展
隨著熔鹽式與高溫氣冷式SMR對高溫耐受性的要求提升，以鎳基超合金為核心的新材料因具抗輻射、抗腐蝕與高熱強度性能，將有望被應用於部分高溫SMR的爐芯結構、熱交換器與燃料護套材料設計中。另外，為因應高溫氣冷式、液態金屬冷卻式、熔鹽式等新一代SMR使用高中子通量以及其極端的溫度條件，由鋯、鈮、釩、鈦、鋁等元素組成的高熵合金亦成為重要研究對象。然而，雖其具潛在抗輻射與高溫性能，惟現階段仍以基礎研究及候選材料驗證為主，中長期才可能進入特定非壓力邊界或高輻射區域零組件。
因各金屬材料應用於SMR之產業成熟度與應用領域有所不同，故本文將依市場機會及供應鏈機會針對關鍵金屬材料進行整理，如下【表1】與【表2】。
表1 依應用於SMR之產業成熟度看市場切入機會
資料來源：IAEA SMR Book/World Nuclear Association SMR Database/DOE Advanced Reactor Demonstration Program (ARDP)/金屬中心製程處熔鑄組整理(2026/7)
表2 依技術路線看供應鏈切入機會
資料來源：IAEA SMR Book/World Nuclear Association SMR Database/DOE Advanced Reactor Demonstration Program (ARDP)/金屬中心製程處熔鑄組(2026/7)
（二）多重外部限制使SMR關鍵金屬面臨發展壓力
多數SMR所需金屬來源侷限於少數國家，如中國大陸、南非、巴西、俄羅斯等，且具備核能品質保證體系、核級材料供應紀錄，以及符合ASME Section III等規範之製造與檢驗資格的供應商數量有限。加上其需與包含電動車電池、航太工業等其他產業競爭關鍵金屬資源，可能進一步推高這些關鍵金屬的價格。再者，因這些金屬或合金材料的最終用途為核能，而核能用途材料通常需遵循額外的出口審查程序或雙重用途物項規範，延緩跨境貿易速度，尤其某些國家(如俄羅斯、中國大陸)的材料供應，可能因制裁、貿易戰或供應商封鎖而受到限制，導致用於SMR關鍵金屬材料的取得變得更加困難。
另外，即便順利取得材料，因全球僅少數設施具生產SMR所需關鍵零組件之能力，且具核能銲接、鍛造、冶金專業技術的人才更是稀缺。加上核能設備的製造過程必須符合嚴格的品質保證(QA)與品質控制(QC)程序，並取得相應認證，使其在製造與加工上亦面臨數項限制，使SMR關鍵金屬的發展面臨壓力。
四、結語
整體而言，SMR憑藉較高的被動安全潛力、模組化建造方式及多元應用彈性，已成為全球能源轉型與低碳電力布局的重要技術選項之一。隨著各國持續推動設計審查、示範驗證及首批商業化專案，未來可望帶動核能設備、特殊金屬材料及工程服務形成新的需求結構；惟目前多數SMR設計仍處於開發、審查或示範階段，相關市場成長速度與材料需求規模，仍將受到技術成熟度、建造成本、法規核准、融資能力及首批專案執行情形影響。
由於SMR涵蓋水冷式、高溫氣冷式、液態金屬冷卻式及熔鹽式等不同技術路線，各類反應爐在運轉溫度、冷卻劑化學環境、中子能譜及設計壽命等條件上差異顯著，因此並不會形成單一且同質化的金屬材料市場，而是依技術路線產生高度分化的需求。近期較具商業化機會的水冷式SMR，仍將以鋯合金燃料護套、低合金壓力容器鋼、耐蝕不銹鋼及鎳基合金等成熟核能材料為主；高溫氣冷式反應爐則可能增加高溫不銹鋼、鎳基超合金及耐熱材料於爐內結構與熱交換系統的應用；液態金屬冷卻快中子反應爐則更重視材料的抗輻照腫脹、抗液態金屬腐蝕及高溫蠕變性能，可能採用HT9等肥粒鐵–麻田散鐵系鋼；熔鹽式反應爐則將提高對耐熔鹽腐蝕鎳基合金、特殊塗層及接合技術的需求。至於高熵合金、氧化物分散強化鋼及其他先進耐火合金，目前多仍處於材料篩選、腐蝕與輻照試驗階段，短期內較適合定位為中長期研究與驗證標的，而非成熟商業材料。
另一方面，SMR材料與零組件供應的主要進入障礙，不僅在於材料性能本身，亦包括長期材料數據、設計規範納入、品質保證制度、特殊製程資格、銲接與非破壞檢測能力、全流程追溯，以及系統開發商與主設備供應商的供應鏈核准。因此，金屬材料業者如欲切入此市場，除了建立符合核能品質保證要求的管理體系，並取得相應材料、製程與製造資格外，更應依不同SMR技術路線選定具體材料與零組件標的，透過與反應爐系統開發商、設備製造商及驗證機構建立長期合作，提前參與材料選用、設計驗證、試製及資格認定，以提升未來進入商業化專案供應鏈的機會。