筑牢核电“粮食安全”，锻造核燃料自主可控产业链

  【开局之年看科创】

  如果把核电站比作一座能源工厂，核燃料组件就是工厂里不停做功的“心脏”。它藏在反应堆深处，是能量的源泉，也是安全的第一道屏障。很长一段时间里，这颗关键的“芯”，曾是我国核电走向世界、迈向强国的一道隐忧。

中国核动力研究设计院厂区

  近日，记者一行走进西部新锆洁净的生产线，一根根银亮精密的N36锆合金管材依次成型，它们将被送往中核建中组装为CF系列燃料组件，最终成为“华龙一号”“玲龙一号”反应堆最核心的“能量心脏”。

  产业出题，为“华龙一号”补上关键一环

  核燃料，被称为核电站的“粮食”。在中核集团首席科学家、CF燃料总设计师焦拥军看来，它的分量远比“粮食”更重。“我们国家有大量核电机组在运行、在建，核燃料能不能自主可控，直接关系核电安全、能源安全。”

  中国核动力研究设计院是CF系列核电燃料研发的技术责任单位和牵头单位。团队最深刻的记忆，来自华龙一号走向海外时的一道现实难题：要出口，却没有具备自主知识产权的核燃料。

  这是典型的“产业出题、科技答题”。没有退路，只能向前。近十年时间，一支500余人的团队，就此踏上攻坚路。他们要攻克的，是燃料组件设计、关键材料制备、核心工艺验证等一系列无人走过的技术关卡。

核燃料元件生产线

  突围的第一步，是材料。燃料组件的安全性和可靠性，很大程度上取决于锆合金包壳。锆合金是核燃料组件的“铠甲”，对于核电站安全稳定运行起着重要作用，是评价燃料组件研发水平的重要指标之一。长期以来，国内核电站燃料组件用锆合金材料基本依赖进口，锆合金材料已成为制约我国核燃料产业发展的主要瓶颈，是核燃料产业的主要短板。

  焦拥军介绍，自启动N36工程化制备技术科研以来，中核集团历时8年，历经6大阶段的技术攻关，成功掌握了具有自主知识产权的完整N36锆合金工程化制备技术，2012年首次入堆。

N36锆合金管材

  “N36不是仿制品，是我们完全自主知识产权的‘争气材’。”西部新锆总经理周军告诉记者，研发团队攻克的难关之一，就是多元素均匀化熔炼。合金材料里，锆的熔点超1800℃，铌更是高达近2500℃，而锡却只有仅232℃，要把熔点悬殊的元素熔得均匀如一，难度堪比“在烈火中揉面”。最终，团队突破铸锭真空熔炼、管坯均匀挤压、高精度管材轧制等一系列关键技术，管材壁厚偏差控制到发丝级，多项成果填补国内空白、达到国际先进水平。

  2018年11月24日，N36锆合金首批管材成功交付，用时仅为国际同行同类型产品生产时间的三分之一，以“新锆速度”实现从实验室到生产线的跨越。

中核建中核燃料组件库

  随之而来的，是CF系列燃料组件的突破。CF系列，取“China Fuel”之意，是我国自主研发、拥有完全知识产权的三代核电燃料。核动力院联合产业链上下游，在国外专利布局的夹缝里，蹚出了属于中国的技术路线。

  截至目前，CF系列燃料组件累计创造产值超70亿元，并已出口巴基斯坦，以实际应用验证了自主化成果的可靠性与先进性。

  链长引领，一条产业链攥成一股劲

  核燃料自主可控，从来不是一家单位、一项技术的孤军奋战，而是设计、材料、制造、应用全链条的协同作战。

  以N36锆合金产业化为根基，西部新锆应运而生。中国核动力院、中国原子能公司、中国核电等单位紧密配合，一条完整自主的核燃料产业链就此形成。

CF系列燃料组件

  “没有产业链的紧密协同，就没有N36的今天。”回忆起创业初期，焦拥军格外感慨，“最早没有专业生产线，锆合金酸洗就在条件简陋的车间里进行，夏天高温熏蒸，同志们顶着刺鼻的酸蒸气作业，毫无怨言。遇到技术卡点，中核建中核燃料元件厂、核动力院的专家连夜碰头，从宜宾直奔成都开会解决问题。”

  机制创新，让这份协同更具活力、更有韧性。西部新锆以股份制改革激活内生动力，员工持股让创新热情充分涌流。中核集团建立包容试错的创新环境，给科研人员放手攻关的空间。全链条执行最严格的核质保体系，每一根管材、每一组组件都全程可追溯、可监督。

  “我们用核工业的严谨，守住每一道安全关。”周军说。如今，我国核燃料产能稳步提升，千吨级产能规模与扩建计划同步推进，完全有能力保障国内核电建设与海外项目出口需求，一条自主可控、安全高效的核燃料产业链已然成型。

  新局开启，中国核燃料的下一个十年

  “十五五”开局，新征程启幕，核燃料产业也迎来新的使命。

  “绝对安全这四个字，重若千钧。我们所有技术创新，都围绕安全与可靠展开。”焦拥军表示，面向华龙一号2.0等新一代核电技术，我国同步推进CF先进燃料组件迭代升级，保持技术与堆型同频共振。

N36锆合金管材轧制流程

  更值得关注的是，核燃料领域的技术突破正在向外溢出。N36锆合金的挤压、精密轧制等核心工艺，已成功应用于航空航天钛合金管材、大飞机型材等高端制造领域，以核级标准带动其他特种材料整体升级，为自主可控的现代产业体系添砖加瓦。

  当前，全球核燃料技术竞争日趋激烈，高燃耗、耐事故、智能化成为三大核心方向。令人振奋的是，我国已与国际先进水平站在同一起跑线，甚至在部分指标上实现了“领跑”。“我们的产品综合性能与国际一流相当，部分指标更具优势，下一步，我们要加快推广应用，在更大规模的运行中验证技术成熟度、推动产品迭代升级，让‘中国燃料’获得更多认可。”焦拥军说道。

  不过，挑战同样清晰：一是满足“绝对安全”的超高性能要求；二是加快产品应用推广，扩大市场规模；三是补齐关键试验设施短板。面向“十五五”，这些都将是重点突破方向。

  “CF系列燃料的成功，是500余人十余年深耕、全产业链协同拼搏的结果。”焦拥军说，从受制于人到自主可控，从单点突破到全链崛起，中国核燃料用十年时间，交出了一份自主创新的硬核答卷。

  站在新起点，这支团队将继续以产业需求为导向，强化科技创新、完善产业链条，让自主核燃料更成熟、更可靠、更具竞争力，为我国核电高质量发展、建设能源强国筑牢最坚实的“芯”支撑。（光明网记者宋雅娟 肖春芳）