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我国自主品牌核燃料元件研制系列报道(二)

2016-06-02 09:29来源:中国核工业报作者:胡春玫关键词:核燃料核电技术核电站收藏点赞

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可以说,在国际上,关键技术研发就是一场没有硝烟的战争。核燃料元件是核电站的关键部件,为实现其更高安全性和经济性,一直以来,各国核燃料元件研发竞争激烈。我国此次取得全面突围,成为拥有核燃料自主技术的“黑马”,并非易事。核燃料元件的研发难度大,而且先行者往往会申请大量技术专利,让后继者研发之路更加狭窄。

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临界热流密度实验格架设计

“如今我国独立设计研发了大型商用核电站燃料元件,为我国核电‘走出去’夯实了基础。”中国核动力研究设计院副院长吴琳表示。

“在CF系列核燃料元件研发专项中,核动力院承担着主要的研发任务。在以我为主、不依赖国外技术支持的情况下,CF系列实现了自主研发——材料自主研发、结构创新自主设计、软件自主研发,以及独立的堆外试验,形成了自主知识产权,同时也拥有了自主品牌。”CF系列研发专项总设计师焦拥军说。

显露的“隐痛”

上世纪80年代,我国引进法国百万千瓦级核电技术(M310),其中就包含核燃料元件技术,核动力院负责消化吸收设计技术,中核建中作为受让方引进制造技术。

根据合同,除了核电站初始堆芯的燃料元件外,大亚湾核电站在使用三批法国制造的核燃料组件后,从第四批起将使用我国制造的燃料元件。

而实现“拿来为我使用”并非易事。在当时,核动力院的研发条件不足。能否按期设计制造交货,谁都无法保证。“但若‘迈不过这道坎’,就要高价从国际上购买。”吴琳表示。

通过两年的学习、消化、吸收,核动力院实现了核燃料技术的全盘吸收。1994年,核安全局发文,同意由核动力院承担大亚湾核电站的换料设计和燃料管理。

此后,我国核电自主化高歌猛进:秦山二期核电站开启了我国核电站国产化的发展之路,且国产化率在之后的核电站建设中更是不断提升;岭澳二期核电站完全实现自主设计、自主建造;最终,我国成功研发具有自主知识产权的第三代核电技术——“华龙一号”。

但与核电技术突飞猛进形成反差的是,核燃料始终采用的是法国技术,没有自主知识产权。

使用“别人的技术”必然要“受制于人”。而核电站规模化发展所带来的大批量需求,更显露了这份“隐痛”。 与此同时,随着我国核电国际战略布局,核燃料技术也成为制约核电“走出去”的瓶颈。

形成完善的研发体系

在外行人看来,尽管来自不同的国家、拥有不同的品牌,但无论是长度还是外形,燃料组件没什么区别。事实上,核燃料技术发展到今天,主体特征相差无几,差别只在一些细节上。而要开辟“新战场”,研发设计出具有自主知识产权的核燃料组件,就要避开别国申请的专利范围,找到一个既新颖,技术上有创新,还能满足功能要求的方案。“这对我们来说是一个很大的挑战。”CF系列研发专项副总设计师肖忠说。

项目启动后,在约一年半的时间内,核动力院就完成了大量的设计方案、计算、分析等工作,筛选的方案通过了中核集团审查并转入下一阶段试制和试验工作。

包壳材料是核燃料元件的核心之一。在国际上,但凡研发出新的核燃料元件,“首秀”的就是包壳材料,其性能关乎核电站的安全性和经济性。当初,核动力院在研发具有自主知识产权的N36锆合金时可谓困难重重,而如今N36特征化燃料组件已经过3个循环的辐照考验。

如果说,材料是核燃料研发中的“硬指标”,那堆内、外试验就是研发的“软手段”。只有通过一“硬”两“软”,才能保证CF系列研发顺利推进。

堆外试验,是描述燃料组件性能和安全指标的关键试验,也只有堆外试验“做足”,并通过安全评审才能进入商用反应堆进行堆内考验。

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