在熱播劇《許你萬家燈火》中，為減少內(nèi)耗，葉家明主動(dòng)放棄與許濟(jì)山的總師競爭，申請去了材料所，把時(shí)間和精力用到更值得的攻克技術(shù)難關(guān)的地方。在餐廳里找靈感，在實(shí)驗(yàn)室里日日夜夜做實(shí)驗(yàn)，從克服資金缺乏、研發(fā)瓶頸，到取得重要突破，跌宕起伏的劇情讓觀眾感受到技術(shù)研發(fā)背后的不易。但事實(shí)上材料所的故事僅僅只是中國自主核燃料研發(fā)的一個(gè)縮影，真正的研發(fā)之路更加曲折漫長……

啟程：迎難而上

核燃料組件是核電站的核心部件，是核電的能量源泉，被稱為反應(yīng)堆“心臟”，對核電站的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都有著至關(guān)重要的作用。這顆“心臟”研發(fā)是一個(gè)復(fù)雜而漫長的過程，從概念設(shè)計(jì)到商業(yè)應(yīng)用需要數(shù)十年的沉淀。

為此，中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院CF燃料研發(fā)團(tuán)隊(duì)十年磨一劍，成功研制出了我國首個(gè)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的CF3燃料組件。

CF是“Chinese Fuel”的縮寫，代表了中國人自己的燃料品牌。

但CF研發(fā)之路從一開始便充滿荊棘：一方面由于我國核電燃料研發(fā)起步晚，在設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)各方面與國際核強(qiáng)國存在較大差距;另一方面，由于采用引進(jìn)技術(shù)路線，我國大部分核電站使用的核燃料組件均為引進(jìn)國外技術(shù)，在國內(nèi)制造。長期以來，無論是核心技術(shù)、原材料，還是關(guān)鍵部件供應(yīng)都嚴(yán)重依賴于進(jìn)口。

沒有自主知識產(chǎn)權(quán)，就要受制于人。

2008年，在大亞灣核電站AFA3G燃料組件會(huì)議上，法方代表說：“我們舊格架庫存量那么大，落后產(chǎn)品不賣給你們中國還能給誰?”

這段經(jīng)歷一直深深印刻在中核集團(tuán)燃料首席專家、CF專項(xiàng)總設(shè)計(jì)師焦擁軍的腦海里，“他們傲慢的神情，我至今不曾忘記。”他暗暗下定決心，一定要研制出屬于中國自己的核燃料組件。

為了打通核燃料這個(gè)關(guān)卡，2010年，中核集團(tuán)啟動(dòng)了大型商用核電站自主化壓水堆燃料元件研發(fā)，并將“CF系列燃料(壓水堆燃料元件設(shè)計(jì)制造技術(shù))”列為集團(tuán)首批科技重點(diǎn)專項(xiàng)之一。

CF系列燃料承載的自主創(chuàng)新的核能夢正式起航，從包殼材料到組件設(shè)計(jì)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)核電燃料研發(fā)進(jìn)入了快車道。

突破：自主創(chuàng)新

要問項(xiàng)目最大困難是什么?

——那必然是專利壁壘。

以起到燃料組件支撐作用的下管座為例，像法國阿海琺這樣的國際燃料巨頭，早已通過多年的研究，將下管座相關(guān)設(shè)計(jì)方案都申請了專利。換句話說，國外核電強(qiáng)國在燃料組件上對我國形成了全范圍、立體式的知識產(chǎn)權(quán)封鎖。

“想要突破國外專利和技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議的限制，就必須完全創(chuàng)新設(shè)計(jì)。”CF燃料研發(fā)人員說，“雖然下管座僅有普通快遞盒般大小，但它作用卻很大，既要固定燃料組件，同時(shí)還要起到過濾堆芯異物的作用。”

如何在高度為幾厘米的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)滿足使用需求，且為完全自主創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)感受到了前所未有的巨大壓力。

設(shè)計(jì)的靈感往往就來源于生活。

在一個(gè)平常的早晨，研發(fā)人員吃早餐時(shí)，放置餐盤的置物架吸引了他的注意：餐盤的形狀與置物架擺放所形成的間隙產(chǎn)生了一個(gè)空間曲面通道，如果將這樣的結(jié)構(gòu)對應(yīng)在下管座上，正好可以成為過濾一回路中異物的“克星”!

在餐盤靈感的指引下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了空間曲面下管座，其異物過濾效率相比AFA3G提升12%，并額外具備30%的異物捕捉能力。這一設(shè)計(jì)在后續(xù)的堆外試驗(yàn)、堆內(nèi)考驗(yàn)中，表現(xiàn)出可靠的過濾性能，技術(shù)先進(jìn)性得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可，由此申請的發(fā)明專利《一種具有過濾異物功能的下管座》也成功斬獲中國發(fā)明專利獎(jiǎng)。

關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)是一場沒有硝煙的戰(zhàn)爭。這一點(diǎn)在CF燃料組件包殼材料鋯合金的研發(fā)上也體現(xiàn)得非常明顯。

作為核電廠防止放射性物質(zhì)泄漏的第一道安全屏障，核燃料組件包殼管是CF燃料研發(fā)項(xiàng)目中的重中之重。

“想要研制出自主知識產(chǎn)權(quán)的包殼管，關(guān)鍵就在于它所使用的材料，而之前這在國內(nèi)還屬于技術(shù)空白。”鋯合金材料研發(fā)項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人趙文金介紹。

為了填這項(xiàng)補(bǔ)空白，研發(fā)出中國自己的包殼材料，核動(dòng)力院人用了36年的時(shí)間，突破了N36管棒材研制過程中的一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，讓我國成功掌握了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能鋯合金包殼材料研制技術(shù)。

任何設(shè)計(jì)也都離不開試驗(yàn)的驗(yàn)證。堆外試驗(yàn)是CF燃料研發(fā)必經(jīng)“戰(zhàn)場”。

在CF燃料組件定位格架的臨界熱流密度試驗(yàn)中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)就遭遇了“冷棒臨界”這一世界難題。

“按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在5x5排列的燃料組件中，位于中間的3x3的9根熱棒應(yīng)該先達(dá)到臨界，但試驗(yàn)過程中，處于外圍的16根冷棒卻先觸發(fā)了臨界。”CF核燃料臨界熱流密度試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人郎雪梅說，這意味著試驗(yàn)數(shù)據(jù)不是有效的，無法對組件的臨界熱流密度性能做出準(zhǔn)確評估。

為了啃下這塊硬骨頭，科研人員像中了魔咒一般，一遍遍的計(jì)算，一次次的模擬，最終提出了8種格架設(shè)計(jì)的建議方案，并通過進(jìn)一步計(jì)算選取2種最佳的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2015年8月15日，當(dāng)顯示器上曲線走勢符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期，宣告了困擾整個(gè)團(tuán)隊(duì)近3年的冷棒臨界問題得到了徹底的解決，中國成為了世界上掌握此項(xiàng)技術(shù)的少數(shù)國家之一。

通過此項(xiàng)試驗(yàn)，也充分驗(yàn)證了CF格架優(yōu)異性，熱工性能比國際先進(jìn)的AFA3G燃料組件格架提升了5%。

“CF組件作為我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核燃料組件，代表國家高科技發(fā)展水平，到國際市場爭取份額，搶蛋糕，必須要有高品質(zhì)高要求。”焦擁軍說。

正是這樣的目標(biāo)，CF燃料團(tuán)隊(duì)通力合作、集智攻關(guān)，攻克了關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，收獲了50余項(xiàng)核心專利，創(chuàng)造了多個(gè)國內(nèi)“第一”，填補(bǔ)了我國核燃料元件設(shè)計(jì)制造的空白，榮獲了國防科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)等。

跨越：奮發(fā)前行

燃料組件的研發(fā)都是以入堆輻照考驗(yàn)作為驗(yàn)證。

2012年6月，N36特征化燃料組件入堆考驗(yàn)。

2014年7月，CF3先導(dǎo)組件入堆考驗(yàn)。

2019年3月，CF3燃料組件順利完成了3個(gè)長循環(huán)輻照考驗(yàn)。

真金不怕火煉。經(jīng)輻照后和池邊檢查的結(jié)果表明，CF3燃料組件性能良好，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。這標(biāo)志著我國全面掌握高性能核燃料研制技術(shù)，形成完整的具有國際市場競爭力的自主燃料體系和產(chǎn)品供應(yīng)能力，并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段。

CF3燃料組件的研制成功，真正使得國內(nèi)擺脫了無自主知識產(chǎn)權(quán)燃料品牌的困境，打破了國外的技術(shù)限制和原材料供應(yīng)限制，為我國自主化三代核電“華龍一號”等核電技術(shù)順利出口提供了重要支持，實(shí)現(xiàn)了我國核電燃料組件研發(fā)的跨越式發(fā)展。

“中國作為一個(gè)核電大國，必須要有自己的核燃料組件，它是反應(yīng)堆的核心，我們一定要研制出最好的中國‘芯’，把命運(yùn)掌握在自己手里。”回首過往，焦擁軍不曾忘記初心。而CF3也如他所期待的那樣，指標(biāo)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

只有始終堅(jiān)持把核心技術(shù)掌握在自己手中，才能真正掌握競爭力和發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。

現(xiàn)如今，更先進(jìn)的燃料組件正不斷優(yōu)化創(chuàng)新、深入推進(jìn)。全新的CF4燃料組件已嶄露頭角，它所使用的新一代鋯合金N45，也即將進(jìn)入新的研發(fā)階段，向全球領(lǐng)先水平進(jìn)發(fā)。

實(shí)現(xiàn)我國核電強(qiáng)國夢，CF燃料研發(fā)團(tuán)隊(duì)奮進(jìn)正當(dāng)時(shí)。

未來，他們將繼續(xù)為保障我國核能源安全，為我國先進(jìn)核燃料技術(shù)走在世界前列貢獻(xiàn)力量!