摘要：近日，国务院国资委、工业和信息化部、国家能源局联合印发中央企业科技成果应用拓展工程首批项目清单，其中，隶属于中国核工业集团有限公司的中国核动力研究设计院研发的核电用CF3燃料组件是唯一上榜的四川项目。

本文转自：四川日报

十五年磨一剑

炼就这颗核反应堆“心脏”

格架。

下管座。

CF3核电燃料组件。受访者供图

□四川日报全媒体记者 兰珍

近日，国务院国资委、工业和信息化部、国家能源局联合印发中央企业科技成果应用拓展工程首批项目清单，其中，隶属于中国核工业集团有限公司的中国核动力研究设计院研发的核电用CF3燃料组件是唯一上榜的四川项目。

核燃料组件是反应堆的“心脏”，是核电的能量源。然而，此前我国核电燃料组件普遍为国外品牌，核心技术被国外垄断封锁。

“华龙一号”想要走向海外，一颗打破国外技术垄断、起关键支撑作用的“中国心”尤为重要。

这颗被称为CF（Chinese Fuel）的“心脏”，炼就过程复杂而漫长，从概念设计到商业应用需要年复一年的沉淀。

被国外专利扼住喉咙 开场就是“地狱级”困难模式

没想到，一件事就干了15年，焦拥军一半的职业生涯都投在CF燃料组件里。

2010年，中核集团启动大型商用核电站自主化压水堆燃料元件研发。焦拥军作为中核集团燃料首席专家、CF专项总设计师，带领团队全身心投入其中。

而项目一开始，就是“地狱级”困难模式——专利封锁。

“专利层层建壁垒，如同快速奔跑时被扼住了喉咙。”焦拥军形容。

燃料组件的下管座，高度仅有几厘米，横截面是边长214毫米的正方形，大小像普通快递盒，既要固定燃料组件，还要过滤堆芯异物。国外管座设计为细密的正方形直孔，但就这一细节，也被设计方申请了专利。

如何打造完全自主创新设计，还要有更优的过滤作用？研发团队犯了难。

生活中，往往蕴藏着答案。研发人员发现放筷子的置物架，与下管座有些类似，置物架摆放下方形成间隙，产生一个空间曲面通道，筷子不会直接漏下去，置物架

还能沥水。若将此结构运用在下管座上，正好能够过滤异物。

研发团队创新设计的空间曲面底座，对异物过滤效率相比现役产品提高12%，异物清理率达到了32%。这项设计的先进性得到行业广泛认可，荣获中国专利优秀奖。

下管座设计还可“灵光一闪”，但整个研发过程中，安全性影响最大、最难啃的硬骨头——格架，没有捷径，没有参考，只能一遍遍计算、一次次模拟。那段时间，研发团队几乎全天守在办公室，对各种格架方案进行分析。

方寸之间见天地，细微之处有乾坤。格架横截面大小与管座相同，上面有密密麻麻的搅混翼，大小如同米粒。但设计之初，上百个搅混翼的大小、方向，都要经过严格计算，每种形态形成的组合排列又需要大量时间分析。

经过三年的攻坚克难，研发团队终于完成格架的临界热流密度实验，实现了自主格架的突破，也充分验证了CF3格架搅混性能更优，热工性能比国际先进的燃料组件格架提升了5%。

副总设计师肖忠回忆，2015年实验成功的那天，并没有想象中的热烈欢庆，大家守着实验完成，“悬了3年的心终于落地。”

打跑一只只“拦路虎” 下场考试争取考到100分

在跨越了一个个专利壁垒后，燃料组件实现从0到1的突破，然而批量化应用还有好几道的关卡要闯：入堆，带核实验；出堆，抽取燃料棒进行热室检查。燃料组件研发标尺是以年为计，十年如弹指一挥间。

2022年9月，热室检查结果证明了CF3燃料组件全寿期辐照后，N36锆合金包壳燃料棒的蠕变性能好、辐照生长小，中国具备自主知识产权燃料的批量化供应能力。

在陈述上述这段话时，CF3燃料项目主管主任蒲曾坪平静自然。但就在检查工作完成的前半年里，蒲曾坪和研发人员还打了一场时间的硬仗。

2022 年过完春节后，因为环保要求，热室检查停滞。燃料棒的芯块与管子连结，无法取出，需要做溶解分离。团队找了好几家单位，因为器材、条件等缘由，皆无法完成。“临门一脚”踢不动了，从研发团队到中核集团，各方想方设法，到处寻找实验室。经过数月协调，最终由中核四〇四公司完成溶解。

当年9月初，才将溶解完成的样品运回，焦拥军、蒲曾坪等4人又马不停蹄赶往核动力院夹江基地，白天实验、晚上开会写报告。

然而中间还有插曲——样品表面锆合金氧化变成“脆皮”，实验器材夹不住。“十余年研发路，随时可能跑出一只‘拦路虎’。”蒲曾坪感慨，好在，通过反向操作，先加热再降温，成功克服了样品夹持问题。

9月27日，熬了一个通宵，蒲曾坪将报告完成。

团队中，好些人和蒲曾坪一样，进入核动力院的首个工作，就是参与CF3燃料组件研发，从一纸数据、一张文稿开始，一件事干到底。

当前，CF3已经作答完毕，并且完成阅卷，只等最后汇总得分。“现在进入到最后评审环节，最快明年可批量运用于反应堆。”肖忠算了一笔账，每组CF燃料组件价值1000万元，反应堆每一年半就需要更换50到60组CF燃料组件，目前全国共有53个反应堆，将是一个巨大的市场。

下一步，对于CF燃料项目组来说，后续更有挑战性的考试已开始，全新的CF4燃料组件已崭露头角，它所使用的新一代锆合金N45，也即将进入新的研发阶段，向全球领先水平进发。“争取从98分考到100分。”蒲曾坪笑称。

来源：小李科技观