尚改彬

（中國(guó)核電工程有限公司，鄭州450052）

1 我國(guó)現(xiàn)狀

由于反應(yīng)堆的不同，其堆芯設(shè)計(jì)的核燃料元件不同，需要的專(zhuān)用制造生產(chǎn)線(xiàn)不同，檢測(cè)控制要求也不同。從試驗(yàn)堆（重水或壓水、池式堆等）到后來(lái)以發(fā)電為主的壓水堆、重水堆、高溫氣冷堆、快堆等，雖然是同一種堆型，但是有各自機(jī)型的應(yīng)用產(chǎn)品，相應(yīng)的生產(chǎn)裝置也各有特色，生產(chǎn)線(xiàn)中要考慮的制造問(wèn)題亦如此。我國(guó)“華龍一號(hào)”壓水堆核電站也研究開(kāi)發(fā)出了自己的CF 系列燃料元件，基本上每種核燃料元件都有相應(yīng)的加工工藝、裝備以及檢測(cè)要求，因此，除化工轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)制備二氧化鈾粉末線(xiàn)和加工車(chē)床等設(shè)備是共用之外，其密封包裝都是專(zhuān)線(xiàn)專(zhuān)用，專(zhuān)用設(shè)備，互相不通用。因此，建立了幾種不同的生產(chǎn)線(xiàn)，不同堆型有不同生產(chǎn)線(xiàn)，主要包括壓水堆與重水堆和高溫氣冷堆等元件生產(chǎn)線(xiàn)，甚至不同機(jī)型有不同生產(chǎn)線(xiàn)，如壓水堆的美國(guó)堆AP 系列元件和法國(guó)堆AFA 系列元件生產(chǎn)線(xiàn)。

2 發(fā)展需求

核燃料元件生產(chǎn)隨著用戶(hù)的需求而擴(kuò)大，我國(guó)提出的思路是“在安全基礎(chǔ)上大力發(fā)展核電”，并擴(kuò)大核燃料元件的生產(chǎn)能力，這對(duì)于我國(guó)的核電發(fā)展既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)。我國(guó)國(guó)內(nèi)核電堆型機(jī)型多，各種產(chǎn)品需求不一，且品種多樣，因此，提出了柔性線(xiàn)的想法，即用一條生產(chǎn)線(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)多樣產(chǎn)品。專(zhuān)家進(jìn)行了若干研究，至今仍在研究中，這種策劃必須打破原來(lái)的思路，因此，其難度很高，并且需要大量的資金投入。

3 研發(fā)生產(chǎn)

目前，我國(guó)燃料元件生產(chǎn)主要集中于宜賓與包頭2 個(gè)廠(chǎng)商，其他由試驗(yàn)室規(guī)模生產(chǎn)。宜賓主要生產(chǎn)壓水堆元件AF 系列（法國(guó)機(jī)型）、QSI 系列（稱(chēng)CF1，國(guó)產(chǎn)）、VVER 系列（俄國(guó)機(jī)型）及其他試驗(yàn)用元件，產(chǎn)能850t 鈾/a。包頭主要生產(chǎn)重水堆CANDU（加拿大機(jī)型），生產(chǎn)壓水堆元件AF 系列（法國(guó)機(jī)型）、AP 系列（美國(guó)機(jī)型），并生產(chǎn)高溫氣冷堆HTGR 系列（國(guó)產(chǎn)），產(chǎn)能1200t 鈾/a。

元件產(chǎn)品的研發(fā)與反應(yīng)堆研發(fā)緊密結(jié)合，現(xiàn)在主要研發(fā)單位是中國(guó)核動(dòng)力研究院、中國(guó)原子能研究院、上海核工程研究設(shè)計(jì)院等，清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、中廣核研究院等機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)研究，但研究方向各有特色。

元件生產(chǎn)工程設(shè)計(jì)由中國(guó)核電工程有限公司完成，并進(jìn)行相關(guān)生產(chǎn)工藝與裝備研究開(kāi)發(fā)，承擔(dān)了所有國(guó)內(nèi)規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)及一些設(shè)備國(guó)產(chǎn)化研究，同時(shí)進(jìn)行了生產(chǎn)和制造的研究工作。

4 MOX燃料

MOX 燃料是含鈾含钚的氧化物燃料元件，也有以其他金屬的混合氧化物為燃料的。由于钚材料極毒強(qiáng)放射性、臨界風(fēng)險(xiǎn)大、加工難度大，因此，技術(shù)仍在發(fā)展階段。國(guó)際上該技術(shù)較為成功的有法國(guó)、比利時(shí)、俄國(guó)等國(guó)家，美國(guó)、印度、日本和韓國(guó)等國(guó)家在研究開(kāi)發(fā)階段[1]。

MOX 燃料用于壓水堆中時(shí)，因?yàn)橛昧撕胁牧?，其堆芯和防護(hù)需要相應(yīng)地進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，并且運(yùn)行單位要對(duì)質(zhì)量安全負(fù)最終責(zé)任，因此，需要獲得運(yùn)營(yíng)單位的認(rèn)可。由于MOX 燃料成本高，國(guó)際上應(yīng)用MOX 燃料多是從技術(shù)突破角度考慮，沒(méi)有單純從經(jīng)濟(jì)利益考量，許多國(guó)家的反應(yīng)堆已經(jīng)用了一定比例的MOX 燃料。

我國(guó)有意發(fā)展鈉冷快堆技術(shù)，示范堆已列入建設(shè)計(jì)劃，MOX 燃料生產(chǎn)建設(shè)一并啟動(dòng)，其研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)正在開(kāi)展中[2]。

5 技術(shù)進(jìn)展

核燃料元件制造生產(chǎn)大體分為3 段：前段為制備二氧化鈾和二氧化钚粉末；中段為成型燒制成芯塊；后段為密封包裝，同時(shí)有零部件加工和高性能檢測(cè)試驗(yàn)裝置。由于HTGR 系列等產(chǎn)品形式不同，其生產(chǎn)有獨(dú)特的工藝，其流程在一定程度上相類(lèi)似。

前段制備二氧化鈾粉末，即從轉(zhuǎn)化廠(chǎng)的來(lái)料六氟化鈾經(jīng)氣化水解氫化還原制備成二氧化鈾粉末。常用的有ADU 法（重鈾酸銨沉淀法）、AUC（三碳酸鈾銑銨沉淀法）法和IDR（綜合干法）。ADU 法和AUC 法因?yàn)橛玫解櫲芤海Q(chēng)濕法，國(guó)內(nèi)技術(shù)已成熟并被改進(jìn)，與世界水平同步。IDR 法又稱(chēng)干法，該方法流程短、設(shè)備少、自動(dòng)化控制產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)明顯，國(guó)內(nèi)近年來(lái)已研制出干法GFX-200 生產(chǎn)線(xiàn)并推廣應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，技術(shù)上的突破使技術(shù)水平達(dá)到世界先進(jìn)行列。

中段成型燒制，即將二氧化鈾粉末添加劑制粒壓制成型，一般是鉛筆粗細(xì)的短節(jié)，根據(jù)需要確定中間是否留孔，送燒結(jié)爐高溫?zé)Y(jié)，一般溫度為1 750℃，出料根據(jù)需要加磨床達(dá)到要求的直徑和尺寸要求。目前，國(guó)內(nèi)制粒機(jī)壓機(jī)燒結(jié)爐磨床等均可國(guó)產(chǎn)，但在質(zhì)量、可靠度等方面與國(guó)際知名廠(chǎng)家仍有差距。

后段密封包裝中，焊封技術(shù)與焊接工藝密切相關(guān)，有普通TIG 焊接、釬焊、壓力電阻焊、電子束焊、激光焊接等多種焊接方法。組裝技術(shù)如骨架格架及其脹結(jié)技術(shù)、焊接技術(shù)等均有自主技術(shù)。對(duì)如高溫氣冷堆等用燃料元件采用彌散體核芯顆粒類(lèi)包覆穿衣和壓球多層包覆技術(shù)，試驗(yàn)中板狀金屬元件設(shè)計(jì)為復(fù)合軋制和復(fù)合共擠壓等密封包覆技術(shù)。

零部件加工和高性能檢測(cè)試驗(yàn)裝置包括生產(chǎn)線(xiàn)上的自動(dòng)控制和分析檢測(cè)設(shè)備等，生產(chǎn)線(xiàn)以自有技術(shù)為主，采用部分國(guó)際廠(chǎng)家設(shè)備，結(jié)合生產(chǎn)線(xiàn)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使生產(chǎn)線(xiàn)水平達(dá)到了世界先進(jìn)行水平。

6 規(guī)范發(fā)展

對(duì)于將來(lái)一段時(shí)間的國(guó)內(nèi)及國(guó)際市場(chǎng)需求，許多部門(mén)進(jìn)行了研究和預(yù)測(cè)?，F(xiàn)在多種產(chǎn)品及材料生產(chǎn)，均能夠自給。由于內(nèi)外市場(chǎng)壓力，有些生產(chǎn)量很小，生產(chǎn)線(xiàn)建成后多年未能達(dá)產(chǎn)。多數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)，工藝技術(shù)成熟可靠，能夠保證供給，唯不可獨(dú)代的關(guān)鍵設(shè)備可靠性和高品質(zhì)，至為關(guān)鍵，亦為突破之迫切重點(diǎn)，現(xiàn)在產(chǎn)能足夠，能夠滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。但是，生產(chǎn)新型考驗(yàn)用產(chǎn)品時(shí)，由于非量產(chǎn)，通過(guò)局部改造措施可順利完成，而大批量新型產(chǎn)品的生產(chǎn)，目前還需要規(guī)劃，關(guān)鍵之點(diǎn)是路線(xiàn)尚在探索中，究竟要生產(chǎn)什么樣的產(chǎn)品以及其形式與規(guī)格，這是迫切需要確定的。

7 結(jié)語(yǔ)

目前，各核燃料元件生產(chǎn)廠(chǎng)的生產(chǎn)定位與發(fā)展需要總體考慮與論證，其成熟度相差很大，有的已經(jīng)成熟多年，有的還是一片空地，甚至土地還未完成使用手續(xù)，其投資和技術(shù)人員更應(yīng)充分考慮，對(duì)項(xiàng)目確立與關(guān)鍵工藝需考慮全面。在發(fā)展探索中，有很多部門(mén)、機(jī)構(gòu)和專(zhuān)家參與，且專(zhuān)家背景不同，定位各異，因此，需要進(jìn)行論證，善于聽(tīng)取專(zhuān)家聲音，抓主流和主要問(wèn)題，解決關(guān)鍵問(wèn)題。在策劃之初，結(jié)合項(xiàng)目需求，確定項(xiàng)目方案及構(gòu)架，以技術(shù)和政策為基礎(chǔ)和依據(jù)，考慮經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性等，根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，確定接口以便實(shí)施。