四十年磨一剑自主创新、工程化显身手为国增光

​——记核研院先进核燃料元件研发


核研院先进核燃料元件研发工作主要由新材料研究室(301室)承担。该室自成立以来,一直致力于新材料、先进核燃料元件的研发,在高温气冷堆燃料元件设计和制造的技术研发、工程化实现上,取得了丰硕的成果。完全自主知识产权的高温气冷堆TRISO包覆颗粒全陶瓷球形燃料元件技术,已经转化为世界上规模最大的球形燃料元件生产线;堆内辐照实验结果表明制造的球形燃料元件质量为国际最好水平;建成了世界先进水平的材料研发测试平台和全球首个球形燃料元件辐照后性能研究专用热实验室;培养了一批高端专门人才。目前正致力于球形燃料元件更高性能、更大规模、更优经济性的生产技术的研发,并以现有优势技术为基础开展多种先进堆型的重要材料、新型核燃料元件的设计、制造和性能评价研究,争取为我国关键核心领域的技术突破做出更大贡献。

高温气冷堆球形燃料元件是高温气冷堆固有安全性的重要基础,其制造技术被称作“花钱买不来的”关键核心技术,在核研院的研发历程,可以分为四个阶段:

第一个阶段从上世纪七十年代开始到上世纪九十年代中,是应用基础研究阶段。元件人从零开始,从基础研究、专门人才培养,到核燃料概念设计、制造工艺原理性设计,进而开展小规模关键设备的设计、研制,小规模的工艺实验研究,逐步掌握了主工艺的关键技术,建立基本的元件性能检测方法,得到了具有自主知识产权的、基本成形的球形燃料元件制备方法与工艺流程,取得了以国家发明奖为代表的多项科技成果,支持高温气冷堆获得了“863” 国家高技术研发计划立项。

第二个阶段从1995年开始到2005年左右,10MW高温气冷实验堆阶段,是实验室技术研发和试生产阶段。在“863”计划的支持下,系统地开展了球形燃料元件制造的工艺、设备以及关键原材料的研发,性能检测方法及标准的研发,得到了全面、完整的高温气冷堆球形燃料元件制备工艺和设备体系,包括完整的质保体系。建成了年产一万个球形燃料元件的实验生产线,完成了辐照试验样品和10MW高温气冷堆首炉装料元件的制造,支持了10MW高温气冷堆顺利建成,有力地支撑了高温气冷堆示范工程列为我国中长期发展规划的国家科技重大专项。

第三个阶段从2006年开始到2017年左右,是高温气冷堆示范电站国家科技重大专项阶段,是经历工程化洗礼,建功立业、大放异彩的阶段。

首先是实现制造规模进一步扩大、质量可靠性大幅度提高。要达到年产30万个球形燃料元件的规模,设备与工艺要实现工程化,要大幅度提高产品性能的稳定性、可靠性。同时还要达到对元件质量关键指标的更高要求,以满足示范工程安全性的要求。以10MW高温堆期间形成的技术为基础,完成关键设备、工艺放大的大量设计、研制,验证、优化研究,在实验室研制成功了年产10万个球形燃料元件所需的关键设备和工艺。制造了加浓铀的燃料元件辐照样品,送到欧洲进行辐照试验的结果证明球形燃料元件质量处于世界最好的水平!这个成果赢得了很高的国际声誉,被中国核学会评为“2013-2015年度中国十大核科技进展”。

其次,要迎接巨大的转变和挑战,把实验室科研成果转化成工程化技术、形成生产力。要到工厂去、用在核研院验证过的同样的关键设备、同样的技术、同样的原材料,为国家科技重大专项建设核心配套工程:年产30万个球形燃料元件的示范生产线。要为厂家、设计院提供全面的技术支持,还要负责完成关键设备的设计、制造,负责指导这些设备的安装调试,并为中核北方核燃料元件有限公司人员进行专门技术培训。

年轻一代的核研院元件人勇敢地走出去、冲上去,迎苦战、经风雨!他们从头开始虚心学习工程化过程中必要的知识技能、高风亮节团结调动一切优势力量,与设计院、厂家的工程技术人员打成一片,奋勇拼搏、攻城拔寨,克服了工程化过程中难以计数的困难,最终高质量完成了示范生产线建设这个“最不让人放心”的任务!生产线达到设计产能并连续、稳定、高质量运行,元件产品性能全面达到设计指标。截止到目前,生产线已顺利生产合格燃料元件产品70多万个,为示范电站按期装料、重大专项取得全面胜利打下了坚实基础。

“高温气冷堆燃料元件生产线投料生产”获评“2015-2017年度中国十大核科技进展”,“高温气冷堆球形燃料元件规模化制造关键技术研发及应用”获得中国核能行业协会科技进步一等奖。

第四个阶段从2017年到现在、还在持续,是提升和再开拓阶段。一方面要进一步提高球形燃料元件的性能和经济性,实现球形元件更大规模的商业化制造,继续保持我国领先优势,为高温气冷堆商业化、批量化和“走出去”提供保障;另一方面,要为其它反应堆堆型安全水平提升,为满足人类深空探索、星球生存等重大需求而开展更多先进材料、新型燃料元件的研发。这些规划和工作,得到多个国家主管部门认可和行业内龙头单位的协同支持,已经在深入开展,并取得了重大应用的阶段成果。

从上世纪七十年代至今,核研院的先进核燃料元件研发工作已走过四十多年的历程。在徐世江、唐春和、唐亚平等同志带领下,几代元件人为了祖国核能科技事业走到一起,形成了一个志存高远、能打硬仗的战斗集体。在挑灯夜战、无问寒暑的实验室,他们矢志创新、迎难而上、团结奋斗、锲而不舍,攻克了材料、装备、工艺、质量的一个个技术难关;在热火朝天、五湖四海的设备制造、原材料研制、生产线建设现场,他们忧国报国、开拓担当、尊重工程、协同有力,解决了科技成果向生产力转化过程中方方面面的难题,建成了首条中国人自主技术的工业规模先进核燃料元件生产线。他们创造了先进核燃料元件研发的光辉业绩,以实际行动诠释了“知难而进、众志成城”的200号精神,为核研院、为清华大学增了光!

展望未来,世界面临百年未有之大变局,中华民族伟大复兴的壮丽征程正在阔步向前,建设科技强国是我们的必由之路,也给先进核燃料元件研发提供了广阔的用武之地。新一代核研院元件人一定要牢记初心使命,继承发扬清华精神和核研院光荣传统,主动服务国家战略需求,勇于担当、不断创新,创造核燃料学科和核研院新的辉煌,为解决我国关键核心领域“卡脖子”技术需求、为把我国建设成为中国特色社会主义的现代化强国,作出新的更大贡献!

(清华新闻网9月16日电)

供稿:核研院301研究室

编辑:李晨晖

审核:程曦

专题链接:
2020年09月16日 08:20:25  清华新闻网

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