“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)，向著年內并網發(fā)電目標邁出了至關重要的一大步。這是我國先進核電技術自主創(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和工藝，可使燃料球內的放射性物質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。其制造技術被稱作“花錢買不來的”關鍵核心技術，由清華大學核能與新能源技術研究院研發(fā)，中核北方核燃料元件有限公司生產制造。

球形燃料元件的研發(fā)始于上世紀70年代，經過幾十年幾代人的接續(xù)奮斗，經歷了從基礎研究到概念設計、原理設計、工藝定型和輻照試驗等從無到有的研發(fā)過程，從年產1萬個球形燃料元件的實驗生產線到建成年產30萬個的世界上規(guī)模最大的球形燃料元件生產線，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)于世界同類試驗結果。高溫氣冷堆重大專項總設計師、清華大學核研院院長張作義說：“這一試驗結果表明，擁有中國完整自主知識產權的燃料元件從技術到工藝都是成功的，標志著中國高溫氣冷堆核電站項目取得重要進展?！?br/>

一條生產線，浸透奮斗汗水

高溫氣冷堆核燃料元件生產線于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，生產線進入調試生產階段；2016年3月，生產線投料；2016年8月，生產線正式生產；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，標志著這條生產線完全打通，達產達標。

“這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(wěn)定的規(guī)?；a階段，也意味著從實驗線轉換成工業(yè)化生產這條技術路線被完全打通，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?！敝泻吮狈礁笨偨浝韽埥墚敃r在接受媒體采訪時總結道。

在國家科技重大專項領導小組的領導下，中國華能組織清華大學、中核北方在清華大學燃料元件實驗生產線的基礎上，建設年生產能力為30萬個球形燃料元件的生產線，新增化工轉化、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備共606臺套，合力攻關解決了溶膠凝膠法制備UO2核芯、核芯焙燒還原燒結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鍵技術難點，實現(xiàn)了設備工程化放大后的工藝精準、穩(wěn)定控制。2018年，又對設備進行了共計280項的工程化改造，完成了燒結爐自動上下料裝置系統(tǒng)、壓制線全自動生產線裝置系統(tǒng)等7個工藝共計18臺套設備化系統(tǒng)的研發(fā)，實現(xiàn)生產線自動連續(xù)生產，提升了高溫氣冷堆球形燃料元件制造批量化、規(guī)模化技術水平，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)反應堆“不停堆換料”的核心系統(tǒng)，在維持堆芯剩余反應性、平衡堆芯內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堆可利用率的重要保證。它由裝卸料裝置、定向轉換裝置、檢調定位裝置、過球檢測系統(tǒng)等11類60余種近千臺/件設備組成，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)核心設備都是世界首創(chuàng)的非標設備，為研制好這個核心系統(tǒng)，中國華能作為產業(yè)鏈“鏈主”，組織項目攻關團隊打響了一場匯聚眾智的攻堅戰(zhàn)。設計單位清華大學核研院對燃料裝卸系統(tǒng)中所有類型的非標設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、設備與部件、安裝布置的可運行性。核心設備制造單位寶雞泰華磁機電技術研究所與清華大學、東方電氣等設計、制造團隊精誠合作，成功解決了燃料輸送轉換設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難題，突破了設備制造的技術瓶頸。業(yè)主單位華能石島灣核電精心組織開展系統(tǒng)調試工作，提前發(fā)現(xiàn)碎球分離裝置等輸送轉換類設備卡球故障等問題，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)設備近200臺/件，攻克球形燃料元件在長距離復雜管路條件下的氣力輸送、燃料元件與流道設備兼容性等行業(yè)難題，又歷經10個月組織實施26項系統(tǒng)調試試驗，順利完成燃料裝卸系統(tǒng)調試階段所有試驗項目，成功驗證了我國首次設計研發(fā)、具有完全自主知識產權的燃料裝卸系統(tǒng)具備長時間連續(xù)運行的能力。更重要的是，在該系統(tǒng)調試過程中，中國華能培養(yǎng)了一批具有專業(yè)技術能力的調試人員。他們不僅掌握系統(tǒng)運行與調試方法，還對系統(tǒng)內特有設備的工作原理、構造有著更深入的了解，經歷了調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導小組的領導下，中國華能堅決扛起使命責任，把示范工程建設作為重大政治任務和自主創(chuàng)新的“頭號工程”，與清華大學、中核集團、科研院所等單位組建體系化、任務型創(chuàng)新聯(lián)合體，深入開展“黨建引領、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”關鍵技術，完成了一大批原創(chuàng)型、創(chuàng)新型技術的工程轉化驗證，形成了一整套重大專項科技創(chuàng)新實施機制與管理經驗，培養(yǎng)出眾多核電創(chuàng)新人才，以強烈的責任擔當鑄就“大國重器”，為鞏固我國第四代先進核能技術領先地位、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）