“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(hào)反應(yīng)堆，各項(xiàng)指標(biāo)正常。高溫堆示范工程成功啟動(dòng)首堆首次裝料，正式進(jìn)入帶核運(yùn)行狀態(tài)，向著年內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電目標(biāo)邁出了至關(guān)重要的一大步。這是我國先進(jìn)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(shí)現(xiàn)從建造到運(yùn)行歷史性跨越的一步。這一步，我們走得艱難而又無比堅(jiān)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(gè)微小的TRISO包覆顆粒全陶瓷球形燃料顆粒，每個(gè)小顆粒直徑不到1mm，由熱解碳層、碳化硅層等多層包覆，保護(hù)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(huì)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(jì)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(jì)、原理設(shè)計(jì)、工藝定型和輻照試驗(yàn)等從無到有的研發(fā)過程，從年產(chǎn)1萬個(gè)球形燃料元件的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線到建成年產(chǎn)30萬個(gè)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(jìn)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(yàn)和模擬事故極限溫度考驗(yàn)，5個(gè)樣品6萬個(gè)包覆燃料顆粒無一破損，優(yōu)于世界同類試驗(yàn)結(jié)果。高溫氣冷堆重大專項(xiàng)總設(shè)計(jì)師、清華大學(xué)核研院院長張作義說：“這一試驗(yàn)結(jié)果表明，擁有中國完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料元件從技術(shù)到工藝都是成功的，標(biāo)志著中國高溫氣冷堆核電站項(xiàng)目取得重要進(jìn)展。”

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(jìn)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(gè)工業(yè)化球形核燃料元件成功下線，標(biāo)志著這條生產(chǎn)線完全打通，達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。

“這意味著我國擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的四代堆型的核燃料元件生產(chǎn)線已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定的規(guī)?；a(chǎn)階段，也意味著從實(shí)驗(yàn)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(biāo)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?jīng)理張杰當(dāng)時(shí)在接受媒體采訪時(shí)總結(jié)道。

在國家科技重大專項(xiàng)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(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，建設(shè)年生產(chǎn)能力為30萬個(gè)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(tái)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備工程化放大后的工藝精準(zhǔn)、穩(wěn)定控制。2018年，又對(duì)設(shè)備進(jìn)行了共計(jì)280項(xiàng)的工程化改造，完成了燒結(jié)爐自動(dòng)上下料裝置系統(tǒng)、壓制線全自動(dòng)生產(chǎn)線裝置系統(tǒng)等7個(gè)工藝共計(jì)18臺(tái)套設(shè)備化系統(tǒng)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線自動(dòng)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(shí)施和穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的核心技術(shù)保障。

一個(gè)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(jìn)行初始堆芯裝料及過渡循環(huán)、正常運(yùn)行裝卸料以及特殊情況下的堆芯排空及重新裝料，是實(shí)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(yùn)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(tái)/件設(shè)備組成，是個(gè)名副其實(shí)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(biāo)設(shè)備，為研制好這個(gè)核心系統(tǒng)，中國華能作為產(chǎn)業(yè)鏈“鏈主”，組織項(xiàng)目攻關(guān)團(tuán)隊(duì)打響了一場匯聚眾智的攻堅(jiān)戰(zhàn)。設(shè)計(jì)單位清華大學(xué)核研院對(duì)燃料裝卸系統(tǒng)中所有類型的非標(biāo)設(shè)備及部件都進(jìn)行了樣機(jī)研發(fā)，開展了燃料裝卸試驗(yàn)裝置（TF-FHS）和燃料裝卸工程試驗(yàn)裝置（ETF-FHS）兩個(gè)綜合性臺(tái)架的冷態(tài)和熱態(tài)工程試驗(yàn)，其中，冷態(tài)試驗(yàn)（ 含樣機(jī)的單機(jī)與聯(lián)機(jī)試驗(yàn) ）累計(jì)運(yùn)行球40多萬次，熱態(tài)運(yùn)行連續(xù)無故障500小時(shí)超過10萬球次，驗(yàn)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(yùn)行性。核心設(shè)備制造單位寶雞泰華磁機(jī)電技術(shù)研究所與清華大學(xué)、東方電氣等設(shè)計(jì)、制造團(tuán)隊(duì)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(dòng)機(jī)構(gòu)在高溫高壓工作狀態(tài)下的密封傳動(dòng)、無油潤滑、隔離和精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)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(shí)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(tái)/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(gè)月組織實(shí)施26項(xiàng)系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)，順利完成燃料裝卸系統(tǒng)調(diào)試階段所有試驗(yàn)項(xiàng)目，成功驗(yàn)證了我國首次設(shè)計(jì)研發(fā)、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料裝卸系統(tǒng)具備長時(shí)間連續(xù)運(yùn)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(yùn)行與調(diào)試方法，還對(duì)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?cè)鰪?qiáng)了對(duì)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(yùn)行積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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(jiān)路上的一個(gè)縮影。在國家科技重大專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組的領(lǐng)導(dǎo)下，中國華能堅(jiān)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(hào)工程”，與清華大學(xué)、中核集團(tuán)、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(jiān)”專項(xiàng)行動(dòng)，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(yàn)證，形成了一整套重大專項(xiàng)科技創(chuàng)新實(shí)施機(jī)制與管理經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)出眾多核電創(chuàng)新人才，以強(qiáng)烈的責(zé)任擔(dān)當(dāng)鑄就“大國重器”，為鞏固我國第四代先進(jìn)核能技術(shù)領(lǐng)先地位、推動(dòng)高水平科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)“華能力量”。

（作者單位：華能山東石島灣核電有限公司）