可以说，在国际上，关键技术研发就是一场没有硝烟的战争。核燃料元件是核电站的关键部件，为实现其更高安全性和经济性，一直以来，各国核燃料元件研发竞争激烈。我国此次取得全面突围，成为拥有核燃料自主技术的“黑马”，并非易事。核燃料元件的研发难度大，而且先行者往往会申请大量技术专利，让后继者研发之路更加狭窄。
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临界热流密度实验格架设计
“如今我国独立设计研发了大型商用核电站燃料元件，为我国核电‘走出去’夯实了基础。”中国核动力研究设计院副院长吴琳表示。
“在CF系列核燃料元件研发专项中，核动力院承担着主要的研发任务。在以我为主、不依赖国外技术支持的情况下，CF系列实现了自主研发——材料自主研发、结构创新自主设计、软件自主研发，以及独立的堆外试验，形成了自主知识产权，同时也拥有了自主品牌。”CF系列研发专项总设计师焦拥军说。
显露的“隐痛”
上世纪80年代，我国引进法国百万千瓦级核电技术(M310)，其中就包含核燃料元件技术，核动力院负责消化吸收设计技术，中核建中作为受让方引进制造技术。
根据合同，除了核电站初始堆芯的燃料元件外，大亚湾核电站在使用三批法国制造的核燃料组件后，从第四批起将使用我国制造的燃料元件。
而实现“拿来为我使用”并非易事。在当时，核动力院的研发条件不足。能否按期设计制造交货，谁都无法保证。“但若‘迈不过这道坎’，就要高价从国际上购买。”吴琳表示。
通过两年的学习、消化、吸收，核动力院实现了核燃料技术的全盘吸收。1994年，核安全局发文，同意由核动力院承担大亚湾核电站的换料设计和燃料管理。
此后，我国核电自主化高歌猛进：秦山二期核电站开启了我国核电站国产化的发展之路，且国产化率在之后的核电站建设中更是不断提升;岭澳二期核电站完全实现自主设计、自主建造;最终，我国成功研发具有自主知识产权的第三代核电技术——“华龙一号”。
但与核电技术突飞猛进形成反差的是，核燃料始终采用的是法国技术，没有自主知识产权。
使用“别人的技术”必然要“受制于人”。而核电站规模化发展所带来的大批量需求，更显露了这份“隐痛”。 与此同时，随着我国核电国际战略布局，核燃料技术也成为制约核电“走出去”的瓶颈。
形成完善的研发体系
在外行人看来，尽管来自不同的国家、拥有不同的品牌，但无论是长度还是外形，燃料组件没什么区别。事实上，核燃料技术发展到今天，主体特征相差无几，差别只在一些细节上。而要开辟“新战场”，研发设计出具有自主知识产权的核燃料组件，就要避开别国申请的专利范围，找到一个既新颖，技术上有创新，还能满足功能要求的方案。“这对我们来说是一个很大的挑战。”CF系列研发专项副总设计师肖忠说。
项目启动后，在约一年半的时间内，核动力院就完成了大量的设计方案、计算、分析等工作，筛选的方案通过了中核集团审查并转入下一阶段试制和试验工作。
包壳材料是核燃料元件的核心之一。在国际上，但凡研发出新的核燃料元件，“首秀”的就是包壳材料，其性能关乎核电站的安全性和经济性。当初，核动力院在研发具有自主知识产权的N36锆合金时可谓困难重重，而如今N36特征化燃料组件已经过3个循环的辐照考验。
如果说，材料是核燃料研发中的“硬指标”，那堆内、外试验就是研发的“软手段”。只有通过一“硬”两“软”，才能保证CF系列研发顺利推进。
堆外试验，是描述燃料组件性能和安全指标的关键试验，也只有堆外试验“做足”，并通过安全评审才能进入商用反应堆进行堆内考验。
临界热流密度试验是堆外试验的重中之重。该试验的目的就是要筛选出热工性能优良的格架，得到燃料组件的临界热流密度关系式，找出安全临界值。为此，核动力院成立了热工性能研发攻关组，在对大量试验数据和各种信息重新梳理研究的基础上，全力研发新型格架。而经试验表明，CF3的热工性能优于国外同等核燃料组件。
堆内试验是核燃料研发的最后环节。只有通过池边检查测试和热室检查的相关数据，才能对CF系列燃料组件性能做出最终评价的依据。
堆内辐照成本高，具有一定的风险性，试验数据在国际上都比较缺乏。因此，“工作人员不仅要在短时间内了解设备的性能指标，熟练操作，掌握分析方法，更要做到‘精通’。”核动力院一所党委书记伍晓勇说。
“现在，核动力院的辐照后检测分析手段可以说是国内最先进、最完整的，拥有的检测数据最为丰富。”伍晓勇说，“同时，我们具备了研发设计池边检查设备的能力。目前已完成设备设计图。它不仅可以应用在新产品的研发上，也可以应用在核电厂运行监测中，以提高电厂的安全性和经济性。”。
“CF项目创造了多个第一次，每一个环节都有重大技术突破，最终形成了完善的核燃料研发体系。”焦拥军表示。
“司空见惯”的常态
2016年初，正值腊月二十七，核动力院一所张显鹏在秦山核电二期2号机组燃料厂房内，正对出堆的CF3先导组件进行池边检查。他已经没吃没喝连续工作近20个小时。密闭、狭窄的核岛空间，长时间的高强度作业让他已显露疲惫，但为了检测数据连贯完整精确，他还是坚持着完成了所负责环节的最后一个数据的检测。
紧张的核电站大修让CF系列池边检查的时间窗口只有10天时间。而自2013年N36特征化组件池边检查开始，每年都会增加新的检查任务。时间短暂，工作量不断累加。为了顺利检测出相关数据，2015年，核动力一所成立了青年突击队，实施24小时检测。
“可以说，池边检查处于高度紧张的状态。一个完整的班下来需要10个小时。加上相关工作，每天工作人员休息时间很有限。”
2012年3月4日凌晨2点，核动力院堆外实验组的一群30岁左右的博士们与张显鹏有着同样的紧张忙碌，他们正聚精会神地开展着实验。
堆外试验的周期长，CF系列的堆外试验经历了三四年的时间，临界热密度试验更是每次都要做到凌晨。“为攻克临界热密度试验，这群博士们除了吃饭睡觉，几乎全都泡在实验室计算、分析、验证。试验成功的那一刻，很多年轻人都哭了，因为他们付出了太多。”
而在CF系列的研发中，冲锋在第一线的并非只有年轻人。赵文金，CF专项副总设计师、锆合金研发领域专家，为了确保N36锆合金材料的研制，近60岁的他长时间驻守在现场，每天和青年人一起工作到凌晨。
“专项研发关键阶段，有些科技人员每个月要加班近200个小时。也就是说，他们要每天工作12个小时，而且没有休息日。”焦拥军动容道。
“一个科研项目走下来，建立了科技创新体系，培养一支过硬的科研团队，这也是最宝贵的资源。”核动力院设计所副所长李庆说，“而在整个科研过程中，设计上突破了一系列关键技术，管理上积累了经验，对核燃料持续研发奠定了良好的基础。”
全面突围，研发更先进的自主核燃料元件，这是刚刚开始。
