工人們穿著普通的防靜電工作服，戴著潔淨白手套穿梭於廠房之間，這一幕與記者想象中 “全副武裝”的核燃料元件加工車間截然不同。“在製造過程中，元件並未發生核裂變反應，其放射性極低，員工工作一年接受的放射性劑量相當於接受一到兩次X光透視。”中核北方核燃料元件有限公司（二0二廠，以下簡稱“中核北方”）工作人員告訴記者。
核燃料被稱為核電站的“糧食”，核燃料元件則是核電站運行的第一道安全屏障。近日，記者跟隨中核集團第五屆“核你在一起”科普開放周體驗團走進我國第一座核電“糧倉”——位於內蒙古包頭市的中核北方，了解我國核燃料元件製造通過創新發展掌握核心技術，實現從跟跑、並跑向領跑的發展歷程。
（文丨本報實習記者趙紫原）
白手起家打造產業龍頭
二氧化鈾芯塊燒結、塞端焊接、骨架焊接……經過一系列生產流程，壓水堆核燃料組件由此誕生。據了解，該組件橫截面為214毫米×214毫米、全長4.1米，由264根燃料棒和帶有上、下管座的骨架等構成。
“一個月後，這批燃料組件將運往田灣核電站，這是這條生產線供貨的第7個壓水堆。截至今年8月，生產線已按期向各壓水堆電站交付共1232組燃料元件。”中核北方壓水堆核燃料元件廠廠長助理崔振波告訴記者。
“像這樣的核燃料元件生產線還有三條。”中核北方重水堆核燃料元件廠副廠長呂會表示，“2003年起，中核北方開始向秦山三期重水反應堆提供換料元件，截至2018年底，已提供了16.4萬個燃料元件。這條重水堆核燃料元件生產線是我國第一條也是目前唯一一條重水堆核燃料元件生產線。”
記者了解到，中核北方還先後建成了我國第一條三代核電燃料元件生產線、世界首條工業化規模高溫氣冷堆核電燃料元件生產線。
對於六十多年的發展，中核北方黨委副書記常甲辰回憶：“1958年二0二廠成立，彼時的包頭一片荒涼，創業者們在無廠房、無設備的條件下，建成了我國第一條鈾化工、核燃料元件生產線。如今，二0二廠已成為國內核燃料元件種類最多、技術路線最全的生產商、供應商和服務商，並擁有我國最完整的鈾化工工藝、鈾冶金工藝、鈾粉末冶金工藝、核材料研究、核燃料元件研製等生產體系。”
自主創新提升製造實力
參觀中，一顆顆通體烏黑、光滑圓潤，直徑僅60mm的“球形核燃料元件”引起了記者的注意，這是全球首條工業規模高溫氣冷堆核燃料元件生產線的“作品”。
2013年3月，高溫氣冷堆核燃料元件生產線在中核北方開建，2015年4月，生產線進入調試生產階段。“產品最大的‘賣點’就是安全。該球內含約12000個二氧化鈾小核芯，這些直徑只有0.5毫米的小核芯外包裹著4層包覆層，其中最重要的一層是碳化矽層，耐溫超過2000度。”中核北方高溫氣冷堆核燃料元件廠黨總支書記宋君武介紹。
然而，這條自主創新的道路走得艱辛曲折。據了解，高溫氣冷堆核燃料元件生產線直接依托清華大學實驗線就進入工業化生產階段，建設、調試、生產沒有成熟可借鑒的經驗，人員也沒有相關生產經驗，設備的可靠性有待驗證。光是燃料球石墨外殼的硬度問題，研發團隊試驗長達兩年。攻克這個難關後，調試團隊又遇到如何為核芯“穿衣”的問題。“這些顆粒僅製作工序就多達二十幾道，有一個顆粒破了，這一批就報廢，生產過程中有近70個關鍵點，難度很大。” 宋君武說。
經歷無數次失敗後，2017年7月17日，第20萬個工業化球形核燃料元件成功下線。宋君武表示：“產品研製成功，意味著我國擁有完全自主知識產權的四代堆型的核燃料元件生產線已經進入穩定的規模化生產階段，標誌著我國高溫氣冷堆核燃料元件製造水準躋身世界前列。”
升級改進拓路發展
作為我國核燃料循環產業鏈上的重要一環和核電“走出去”的重要保障，核燃料元件製造也正從引進、消化、吸收、再創新走向自主化研製的道路。其中，備受國際核能界關注的環形燃料組件作為結構上完全革新的先進燃料組件，是壓水堆先進燃料組件的重要發展趨勢。
“經過十多年努力，從掌握小小的芯塊製備工藝，環形燃料組件的研製實現了全尺寸燃料組件的製備。但我們不只滿足於此，我們更想實現‘建設面向全球、國際一流的核材料、核燃料元件生產科研基地’的目標。”常甲辰說。
從“舶來品”到自主研發，核燃料元件是中核北方創新發展的縮影。
在偌大的核燃料元件生產車間內，工作人員寥寥可數，車床中間通道上，一個個機械手忙碌不停。中核北方科研部主任王虹告訴記者，3D列印和智能製造技術也正在被開發應用於核材料領域。
在核技術應用領域，中核北方也不斷突破創新，研製生產的航天用測高儀屏蔽體，為我國航天事業作出了重要貢獻。值得一提的是，在這裡研製成功的鈷調節棒等多種民用產品，也打破了國外技術壟斷。
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出品 | 中國能源報（ID：cnenergy）
責編 | 閆志強
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