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在4年时间里,研制团队突破了燃料组件结构设计、热工水力分析、堆外性能试验、锆合金管棒材制备、组件制造工艺、锆合金堆外试验、燃料组件辐照后池边检查等7项关键技术瓶颈,建立了设计、模拟组件制造、堆外性能试验等研发体系,形成了知识产权成果包。
“这是国内第一次走完核燃料组件研发全过程,意义重大,为后续核燃料元件持续研发打下了良好的基础。” 李广长说。
这是中核集团跨板块的联合攻关
自创立之日起,核工业就从不缺少“大力协同”的成功典范。这一次依旧如此。李广长说:“集团化运作的优势得到充分发挥。”
在中核集团的统筹下,由负责核燃料生产的专业化公司——中国核燃料有限公司牵头,中国核动力研究设计院负责总体设计,中核建中核燃料元件有限公司负责研制生产,中核核电运行管理有限公司负责入堆考验,再加上中核北方核燃料元件有限公司等单位一起成立了联合工作团队。总设计师焦拥军说:“大家协同作战,为了同一个目标,全力以赴,确保每一个环节顺利推进。”
自主品牌的先进核燃料元件,很大程度上是以材料的研发成功为标志的,因此突破材料国产化瓶颈就成为研发的重中之重。承担这项任务的核动力院项目组人员夜以继日地开展工作,针对研发中的问题,不断优化工艺、改进设备。“如今我们已掌握了先进锆合金加工技术,国内首次研制出满足商用堆燃料元件技术条件的自主品牌N36锆合金管棒材,填补了国内自主知识产权锆合金应用的空白。”项目副总设计师赵文金说。
中核建中在2011年就成立了攻关团队,四年间投入大量精力,克服了重重技术难关,自主研制了关键设备和部件,在材料、加工制造等多个环节,取得了全面的突破,结合高的热工水力性能定位格架的应用,制造出具有自主知识产权的高性能燃料组件,并按期完成了CF专项各种试验件、模拟组件和入堆辐照燃料组件的研制任务。
按照国际核燃料研发惯例,新型燃料组件在完成设计制造后,在批量用于核电站之前,需要装载入商用核反应堆进行辐照考验。在CF系列的10个组件入堆考验中,中核运行既要保证电厂运行业绩,同时也要保证安全。这不仅是对自主研发的核燃料元件的考验,也是对秦山自主设计的60万千瓦的核电站的考验,对核电运行、技术管理的考验。为此,中核运行开发了一系列监测核燃料运行的监测软件,以监测燃料的完整性,做到有问题及时发现。截止到目前,CF系列燃料组件完成了不同燃料循环周期的辐照考验。
成绩可喜,但也要看到,我国核燃料研发之路还很长。
CF3燃料组件实现商业化,必须要经过一个严格的堆内考验,目前已完成了1个完整循环,后期,还要经过2个循环的考验,而且还要实现批量入堆考验,并在百万千瓦级核电站反应堆中进行堆内考验。只有历经这样的循环考验,才能满足当代大型压水堆的需要,才能让用户放心使用。对后续工作,李广长已有考虑安排。
近年来,核电站堆型逐步进入了第三代反应堆技术工程实施应用、第四代反应堆综合选型及关键技术攻关的阶段,各国投入大量人力物力持续研发更先进的核燃料元件。“我们不仅要开展第四代反应堆先进燃料组件的研发,还要让中国的燃料元件具有替换性,实现引进核电站也能使用中国自己品牌的核燃料。”李广长说。
实现核电强国梦,拥有高性能燃料元件,这段征途才刚刚开始。
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