“開始裝料！”8月21日，隨著總指揮一聲令下，華能高溫氣冷堆核電站示范工程燃料元件開始裝入1號反應(yīng)堆，各項指標正常。高溫堆示范工程成功啟動首堆首次裝料，正式進入帶核運行狀態(tài)，向著年內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電目標邁出了至關(guān)重要的一大步。這是我國先進核電技術(shù)自主創(chuàng)新取得新勝利的一步，也是華能高溫堆示范工程實現(xiàn)從建造到運行歷史性跨越的一步。這一步，我們走得艱難而又無比堅定。

小小燃料球，凝聚核心科技

高溫氣冷堆球形燃料元件直徑約60mm，由超高純度的石墨組成。石墨中密布約1.2萬個微小的TRISO包覆顆粒全陶瓷球形燃料顆粒，每個小顆粒直徑不到1mm，由熱解碳層、碳化硅層等多層包覆，保護著二氧化鈾燃料核芯。這種層層包覆的技術(shù)和工藝，可使燃料球內(nèi)的放射性物質(zhì)無論如何都不會傷害公眾健康，是高溫氣冷堆固有安全性的重要基礎(chǔ)。其制造技術(shù)被稱作“花錢買不來的”關(guān)鍵核心技術(shù)，由清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院研發(fā)，中核北方核燃料元件有限公司生產(chǎn)制造。

球形燃料元件的研發(fā)始于上世紀70年代，經(jīng)過幾十年幾代人的接續(xù)奮斗，經(jīng)歷了從基礎(chǔ)研究到概念設(shè)計、原理設(shè)計、工藝定型和輻照試驗等從無到有的研發(fā)過程，從年產(chǎn)1萬個球形燃料元件的實驗生產(chǎn)線到建成年產(chǎn)30萬個的世界上規(guī)模最大的球形燃料元件生產(chǎn)線，并取得了重大突破性進展。高溫氣冷堆球形燃料元件在歐洲先后通過堆內(nèi)輻照考驗和模擬事故極限溫度考驗，5個樣品6萬個包覆燃料顆粒無一破損，優(yōu)于世界同類試驗結(jié)果。高溫氣冷堆重大專項總設(shè)計師、清華大學(xué)核研院院長張作義說：“這一試驗結(jié)果表明，擁有中國完整自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料元件從技術(shù)到工藝都是成功的，標志著中國高溫氣冷堆核電站項目取得重要進展?！?br/>

一條生產(chǎn)線，浸透奮斗汗水

高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線于2013年3月在中核北方核燃料元件有限公司正式開建；2015年4月，生產(chǎn)線進入調(diào)試生產(chǎn)階段；2016年3月，生產(chǎn)線投料；2016年8月，生產(chǎn)線正式生產(chǎn)；2017年7月17日，第20萬個工業(yè)化球形核燃料元件成功下線，標志著這條生產(chǎn)線完全打通，達產(chǎn)達標。

“這意味著我國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的四代堆型的核燃料元件生產(chǎn)線已經(jīng)進入穩(wěn)定的規(guī)?；a(chǎn)階段，也意味著從實驗線轉(zhuǎn)換成工業(yè)化生產(chǎn)這條技術(shù)路線被完全打通，標志著我國高溫氣冷堆燃料元件制造水平已走在了世界的前列。”中核北方副總經(jīng)理張杰當時在接受媒體采訪時總結(jié)道。

在國家科技重大專項領(lǐng)導(dǎo)小組的領(lǐng)導(dǎo)下，中國華能組織清華大學(xué)、中核北方在清華大學(xué)燃料元件實驗生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，建設(shè)年生產(chǎn)能力為30萬個球形燃料元件的生產(chǎn)線，新增化工轉(zhuǎn)化、核芯制備、包覆燃料顆粒制備、石墨基體粉制造、球形燃料元件制造和返料回收設(shè)備共606臺套，合力攻關(guān)解決了溶膠凝膠法制備UO2核芯、核芯焙燒還原燒結(jié)批量制備等包覆燃料顆粒及球形燃料元件批量制造中的工程化關(guān)鍵技術(shù)難點，實現(xiàn)了設(shè)備工程化放大后的工藝精準、穩(wěn)定控制。2018年，又對設(shè)備進行了共計280項的工程化改造，完成了燒結(jié)爐自動上下料裝置系統(tǒng)、壓制線全自動生產(chǎn)線裝置系統(tǒng)等7個工藝共計18臺套設(shè)備化系統(tǒng)的研發(fā)，實現(xiàn)生產(chǎn)線自動連續(xù)生產(chǎn)，提升了高溫氣冷堆球形燃料元件制造批量化、規(guī)?；夹g(shù)水平，完善了球形燃料元件制造的工程化能力，為高溫堆示范工程的順利實施和穩(wěn)定運行提供堅實的核心技術(shù)保障。

一個大系統(tǒng)，集聚創(chuàng)新眾智

燃料裝卸系統(tǒng)是球床式高溫氣冷堆核電站特有的專用設(shè)施，主要用來進行初始堆芯裝料及過渡循環(huán)、正常運行裝卸料以及特殊情況下的堆芯排空及重新裝料，是實現(xiàn)反應(yīng)堆“不停堆換料”的核心系統(tǒng)，在維持堆芯剩余反應(yīng)性、平衡堆芯內(nèi)燃料表面溫度場分布等方面發(fā)揮著重要作用，其運行可靠性是反應(yīng)堆可利用率的重要保證。它由裝卸料裝置、定向轉(zhuǎn)換裝置、檢調(diào)定位裝置、過球檢測系統(tǒng)等11類60余種近千臺/件設(shè)備組成，是個名副其實的“大系統(tǒng)”。

由于高溫堆示范工程的“世界首堆”特性，燃料裝卸系統(tǒng)多數(shù)核心設(shè)備都是世界首創(chuàng)的非標設(shè)備，為研制好這個核心系統(tǒng)，中國華能作為產(chǎn)業(yè)鏈“鏈主”，組織項目攻關(guān)團隊打響了一場匯聚眾智的攻堅戰(zhàn)。設(shè)計單位清華大學(xué)核研院對燃料裝卸系統(tǒng)中所有類型的非標設(shè)備及部件都進行了樣機研發(fā)，開展了燃料裝卸試驗裝置（TF-FHS）和燃料裝卸工程試驗裝置（ETF-FHS）兩個綜合性臺架的冷態(tài)和熱態(tài)工程試驗，其中，冷態(tài)試驗（ 含樣機的單機與聯(lián)機試驗 ）累計運行球40多萬次，熱態(tài)運行連續(xù)無故障500小時超過10萬球次，驗證了系統(tǒng)工藝、流程、控制邏輯、設(shè)備與部件、安裝布置的可運行性。核心設(shè)備制造單位寶雞泰華磁機電技術(shù)研究所與清華大學(xué)、東方電氣等設(shè)計、制造團隊精誠合作，成功解決了燃料輸送轉(zhuǎn)換設(shè)備和卸料裝置大鍛件箱體密封面堆焊和精密加工、磁力傳動機構(gòu)在高溫高壓工作狀態(tài)下的密封傳動、無油潤滑、隔離和精準運動控制等重大制造技術(shù)難題，突破了設(shè)備制造的技術(shù)瓶頸。業(yè)主單位華能石島灣核電精心組織開展系統(tǒng)調(diào)試工作，提前發(fā)現(xiàn)碎球分離裝置等輸送轉(zhuǎn)換類設(shè)備卡球故障等問題，歷時1年，組織首次研發(fā)、改造燃耗測量定位分配器等系統(tǒng)設(shè)備近200臺/件，攻克球形燃料元件在長距離復(fù)雜管路條件下的氣力輸送、燃料元件與流道設(shè)備兼容性等行業(yè)難題，又歷經(jīng)10個月組織實施26項系統(tǒng)調(diào)試試驗，順利完成燃料裝卸系統(tǒng)調(diào)試階段所有試驗項目，成功驗證了我國首次設(shè)計研發(fā)、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的燃料裝卸系統(tǒng)具備長時間連續(xù)運行的能力。更重要的是，在該系統(tǒng)調(diào)試過程中，中國華能培養(yǎng)了一批具有專業(yè)技術(shù)能力的調(diào)試人員。他們不僅掌握系統(tǒng)運行與調(diào)試方法，還對系統(tǒng)內(nèi)特有設(shè)備的工作原理、構(gòu)造有著更深入的了解，經(jīng)歷了調(diào)試期間故障及缺陷的處理過程。他們增強了對系統(tǒng)的理解及缺陷分析能力，為日后燃料裝卸系統(tǒng)的可靠運行積累了寶貴經(jīng)驗。

高溫氣冷堆球形燃料元件和燃料裝卸系統(tǒng)研制只是高溫堆示范工程近9年攻堅路上的一個縮影。在國家科技重大專項領(lǐng)導(dǎo)小組的領(lǐng)導(dǎo)下，中國華能堅決扛起使命責(zé)任，把示范工程建設(shè)作為重大政治任務(wù)和自主創(chuàng)新的“頭號工程”，與清華大學(xué)、中核集團、科研院所等單位組建體系化、任務(wù)型創(chuàng)新聯(lián)合體，深入開展“黨建引領(lǐng)、聚力攻堅”專項行動，克服了難以想象的困難，攻克了一系列世界性、行業(yè)性“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，完成了一大批原創(chuàng)型、創(chuàng)新型技術(shù)的工程轉(zhuǎn)化驗證，形成了一整套重大專項科技創(chuàng)新實施機制與管理經(jīng)驗，培養(yǎng)出眾多核電創(chuàng)新人才，以強烈的責(zé)任擔當鑄就“大國重器”，為鞏固我國第四代先進核能技術(shù)領(lǐng)先地位、推動高水平科技自立自強貢獻“華能力量”。

（作者單位：華能山東石島灣核電有限公司）