徐同喜，王 威

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

按照我國核能發(fā)展“熱堆、快堆、聚變堆”三步走戰(zhàn)略，早在20世紀80年代，我國便開始部署著眼于長遠發(fā)展的快堆技術(shù)［1］。65 MW熱功率的中國實驗快堆（China Experimental Fast Re?actor，簡稱CEFR）的預(yù)先研究在“七五”時期列入863計劃。1995年，CEFR工程項目正式立項，2000年澆灌第1罐混凝土。經(jīng)過十余年的艱苦努力，CEFR工程于2010年實現(xiàn)首次臨界，2011年實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

中國實驗快堆首爐燃料組件和控制棒組件由俄羅斯設(shè)計和制造，自首次臨界以來，累計運行了超過65個有效滿功率天，低于技術(shù)條件規(guī)定的（燃料組件240-320、控制棒組件240-400）有效滿功率天。但考慮到首爐燃料組件和控制棒組件在CEFR堆內(nèi)已經(jīng)停留9年6個月，超過了技術(shù)條件中關(guān)于堆內(nèi)停留（2-2.5年）的期限，因此，依據(jù)國家核安全局要求，對其首爐燃料組件和控制棒組件繼續(xù)運行至（240-400）有效滿功率天的安全性等內(nèi)容進行了核安全審評。

1 審評依據(jù)

核安全審評工作首先需遵守《核安全法》［2］和《中華人民共和國民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理條例》［3］等頂層的法律和條例；還需遵守相關(guān)法規(guī)和導(dǎo)則的要求，如《研究堆設(shè)計安全規(guī)定》［4］和《研究堆運行安全規(guī)定》［5］；其次遵照相應(yīng)導(dǎo)則要求，如《核動力廠燃料裝卸和貯存系統(tǒng)設(shè)計》［6］和《核電廠的抗震設(shè)計與鑒定》［7］；此外，還應(yīng)依據(jù)《中國實驗快堆最終安全分析報告》［8］中相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容。

需要特別指出的是，目前我國核安全監(jiān)管的相關(guān)法規(guī)體系多是以壓水堆為基礎(chǔ)，缺乏快堆相關(guān)的體系文件，且CEFR為國內(nèi)首座快中子堆，國內(nèi)無運行實踐作為參考。在本次審評開展的過程中，充分參考了日本文殊堆、法國鳳凰堆、俄羅斯BN600和BOR60等快堆運行經(jīng)驗。

2 論證報告說明

營運單位在相關(guān)的論證報告中，對于首爐燃料組件和控制棒組件的運行期限規(guī)定和運行歷史進行了描述說明，并從組件腐蝕、輻照損傷、P1組件出堆檢測結(jié)果（堆內(nèi)停留3.5年）和國外快堆組件運行情況等方面進行了全面分析。論證了首爐燃料組件和控制棒組件在堆內(nèi)停留9年6月，累積運行65.7有效滿功率天后，仍可運行至組件設(shè)計壽期末（燃料組件240-320、控制棒組件240-400有效滿功率天）。CEFR控制棒和燃料組件的運行狀況和技術(shù)要求等見表1~表4。

表1 首爐燃料和控制棒組件貯存和運行時間節(jié)點Table 1 Storage and operation time nodes of first furnace fuel and control rod assembly

表2 CEFR不同功率下運行時間Table 2 Operation time of CEFR under different power

表3 CEFR燃料組件貯存和運行技術(shù)要求Table 3 Technical requirements for storage and operation of CEFR fuel assembly

表4 CEFR控制棒組件貯存和運行技術(shù)要求Table 4 Technical requirements for storage and operation of CEFR control rod assembly

3 審評中的重點問題及建議

3.1 審評中的重點問題

下面針對本次審評過程中的幾個主要問題，進行詳細闡述。

3.1.1 腐蝕裕量和限值問題

通過對燃料組件和控制棒組件腐蝕裕量和限值情況的全面梳理，表明CEFR燃料棒包殼內(nèi)、外表面腐蝕限值為25.4μm，設(shè)計值為外表面15μm和內(nèi)表面20μm。CEFR最終安全分析報告中控制棒組件內(nèi)表面腐蝕厚度不超過100μm，俄方《控制棒組件說明書》中內(nèi)表面腐蝕設(shè)計值為10μm?？刂瓢舭鼩ね獗砻鏌o腐蝕限值要求。

通過腐蝕計算表明，燃料組件外表面腐蝕計算值8.97μm，未超過相關(guān)腐蝕限值。燃料組件內(nèi)表面腐蝕主要與燃耗相關(guān)，由于燃料燃耗較淺，到壽期末包殼影響厚度不超過20μm，未超過設(shè)計值，也未超過腐蝕限值?？刂瓢艚M件外表面腐蝕計算值為10.42μm，內(nèi)表面腐蝕計算值為20.57μm，內(nèi)表面腐蝕未超過限值但超過了俄方技術(shù)文件的設(shè)計值，同時外表面腐蝕由于缺乏相關(guān)限值不作評定。

根據(jù)腐蝕分析計算的結(jié)果，燃料組件即使繼續(xù)運行至240-320有效滿功率天，其包殼內(nèi)、外表面的腐蝕計算值均未超出俄方技術(shù)文件的設(shè)計值，是可接受的；控制棒組件即使繼續(xù)運行至240-400有效滿功率天，其包殼內(nèi)表面的腐蝕計算值未超出限值。

但是，腐蝕計算分析由于采用的腐蝕曲線并非CEFR實堆曲線，并且存在250℃外推數(shù)據(jù)無法驗證的情況，計算不確定性較大。為此請營運單位應(yīng)在條件允許時，盡快開展卸料燃料組件的腐蝕相關(guān)實驗檢驗工作，并持續(xù)關(guān)注組件腐蝕狀況，確保后續(xù)運行中組件結(jié)構(gòu)強度滿足要求。

3.1.2 組件堆內(nèi)運行時間超期限問題

CEFR首爐的二氧化鈾燃料和控制棒組件為俄羅斯設(shè)計和制造，根據(jù)俄方技術(shù)文件要求，當燃料組件和控制棒組件達到2-3年的堆內(nèi)運行期限時，應(yīng)從反應(yīng)堆或儲存井中取出。截至2019年12月，堆內(nèi)燃料和控制棒組件運行時間為9.5年，超出了技術(shù)條件的要求。

營運單位指出燃料組件和控制棒組件超過2-3年“應(yīng)從堆芯和貯存井中取出”是燃料合同中規(guī)定的質(zhì)量擔保期內(nèi)的質(zhì)保條件和雙方責任，該2-3年的數(shù)值不是CEFR燃料組件和控制棒組件的設(shè)計限值。

同時營運單位對目前的首爐組件，進行了腐蝕和結(jié)構(gòu)完整性的理論分析評估，認為未超限值；抽取6個組件進行了自焊檢查，無自焊現(xiàn)象；對2017年12月出堆的P1組件進行了外觀和金相檢查，驗證了組件無明顯腐蝕情況等。

2019年12月，營運單位邀請了俄羅斯BN600專家進行現(xiàn)場咨詢和指導(dǎo)，形成的結(jié)論是“如果換料周期（80有效滿功率天）后對運行數(shù)據(jù)進行分析和目視檢查并取得良好的結(jié)果，CEFR堆芯燃料組件在1個換料周期（240-320個有效滿功率天）內(nèi)可以繼續(xù)高功率運行”。

在審評對話工程中，審評單位要求營運單位按俄羅斯專家意見，滿功率運行80天后取出典型燃料組件進行檢查，以確認組件狀態(tài)。營運單位在對話單中指出，CEFR技術(shù)規(guī)格書中規(guī)定“乏燃料件在卸出堆之前在堆內(nèi)乏燃料貯存井內(nèi)的停留時間不得小于160天，以防止剩余發(fā)熱過大引起燃料包殼破損”；同時，根據(jù)熱室檢驗屏蔽要求和操作經(jīng)驗，已輻照燃料組件一般需要冷卻4-6個月，才可進入熱室進行檢驗。換料期間無法完成燃料組件的檢查工作，承諾在滿功率運行80天停堆后，將開展第二盒P1組件的檢查（已堆內(nèi)停留6年多）來代替燃料組件的狀態(tài)檢查，并通過對單盒組件流量的測量和理論分析對比來評估繞絲可能出現(xiàn)的異常等工作。

對于未裝入堆芯但儲存時間已超過技術(shù)條件規(guī)定的擔保期的組件，承諾將在其再次入堆之前邀請俄方專家進行技術(shù)檢查。

審評單位認為開展的腐蝕和完整性分析中，由于沒有CEFR實堆數(shù)據(jù)和存在腐蝕曲線外推等因素，計算不確定性較大?，F(xiàn)階段采用第二盒P1組件的替代燃料組件檢查的方式是基本可接受的。后續(xù)條件允許時需開展乏燃料組件的驗證檢查。

3.1.3 國外快堆組件的運行經(jīng)驗問題

營運單位援引日本文殊堆和法國鳳凰堆燃料組件的運行情況作為參考，但相關(guān)信息提供并不完整，無法判斷這兩個堆組件的運行經(jīng)驗可支撐“本項目組件可繼續(xù)安全運行”這個結(jié)論。

對此，營運單位補充列舉了日本文殊堆和法國鳳凰堆燃料組件的主要參數(shù)與CEFR燃料組件的對比信息，并指出國外兩堆與CEFR燃料組件采用同一類結(jié)構(gòu)材料，且其主元素含量接近。因此，雖然包殼直徑和壁厚有所不同，但包殼材料的輻照性能、腐蝕性能和力學(xué)性能具有相似性。文殊堆和鳳凰堆的結(jié)果對CEFR的燃料組件的性能評估具有一定的支撐和借鑒作用。

審評單位認為日本文殊堆和法國鳳凰堆的運行數(shù)據(jù)可以作為審評參考，也從運行實踐的角度給出了CEFR燃料組件和控制棒組件繼續(xù)運行的安全保障。

但由于CEFR設(shè)計參考的是俄羅斯BN600和BOR60等快堆，俄羅斯兩個堆的數(shù)據(jù)和運行情況才更具代表性。

3.2 審評建議

審評建議如下：

（1）后續(xù)須嚴格按照合同質(zhì)保期的規(guī)定，按時進行相關(guān)檢查和專家審查，如果不執(zhí)行相關(guān)條款，應(yīng)先結(jié)合國際經(jīng)驗（尤其是俄羅斯經(jīng)驗）提交修改論證報告，審評通過后方可實施。

（2）運行80個等效滿功率天后，開展第二盒P1組件的檢查（含補充腐蝕計算的理論分析對比）、自焊檢查、繞絲狀態(tài)檢查。

（3）后續(xù)運行中，連續(xù)監(jiān)測并嚴格控制冷卻劑鈉中的雜質(zhì)含量不超限值，一、二回路鈉堵塞溫度不能高于限值，密切監(jiān)測燃料組件破損探測系統(tǒng)的探測數(shù)據(jù)，保證反應(yīng)堆運行安全。

（4）持續(xù)關(guān)注組件的腐蝕狀況，條件允許后，盡快開展代表性燃料組件的檢查，驗證腐蝕計算內(nèi)容，檢查組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保后續(xù)運行中組件結(jié)構(gòu)強度滿足要求。

（5）積極調(diào)研俄方BN600和BOR60組件的運行、存放、卸料等方面的經(jīng)驗。

4 結(jié)束語

在CEFR首爐燃料組件和控制棒組件的審評過程中，審評單位以核安全法規(guī)為依據(jù)，識別出了CEFR首爐燃料組件和控制棒組件繼續(xù)運行可能存在的核安全風(fēng)險，對可能影響核安全的重要問題進行了重點關(guān)注，并結(jié)合目前CEFR的運行狀況給出了保障安全運行的建議，為CE?FR首爐燃料和控制棒組件的繼續(xù)運行打下了堅實的基礎(chǔ)。