“‘华龙一号’有了，具有自主知识产权的核燃料元件有了，我们‘走出去’就有底气了!”不久前，中核集团“压水堆燃料元件设计制造技术”重点科技专项总指挥李广长在接受记者采访时难掩激动之情。而这份激情正是源自“振奋人心”的消息：新年伊始，具有自主知识产权的国产压水堆核电站N36特征化燃料组件、CF2燃料组件、CF3燃料组件，完成了不同燃料循环周期的辐照考验，辐照后检查结果表明，组件性能良好，符合设计预期。这些节点的实现，标志着我国拥有了完全自主知识产权的高性能燃料组件品牌，进一步提升了我国核电出口的核心竞争力。
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影 黄健
“几年的时间能够取得这样的成果非常不容易。燃料是核电站的‘粮食’，过去，我们的核电吃的都是‘进口粮食’，以后也可以吃上自己的‘粮食’了。”李广长说。
中国要拥有自己的核燃料品牌
核燃料组件是核电站的核心部件，不断“升级”核燃料技术，已经成为改善核电站安全性、可靠性和经济性的有效手段。
纵观国际，美、法、俄、韩、加等国家在燃料组件的改进和品牌创新上，从未有过停歇。反观国内，由于相当部分核电站是引进技术，因此，我国大部分压水堆核电站使用的燃料组件均为引进国外技术、在国内制造的燃料组件。到目前为止，核燃料组件的设计和所需要的关键原材料(如燃料棒包壳等)仍需要从国外进口。
“如果没有自主研发的核燃料元件，我们想成为核电强国，实现核电‘走出去’战略，就是空谈。”李广长坦言。
从2010年开始，中核集团实施创新驱动发展战略决策，“压水堆燃料元件设计制造技术”成为首批启动的重点科技专项之一，并设立了“两总”(总指挥与总设计师)组织体系。“设置了总设计师、副总设计师，充分发挥技术线的作用，明确目标、责任、考核节点，定期召开技术会议，对研发中出现的问题及时协调解决。”李广长表示，“组织体系对于项目推进发挥了重要作用。”
2012年6月，N36特征化燃料组件入堆考验，2013年7月，CF2辐照考验组件入堆考验，2014年7月，CF3先导组件入堆考验。
“核燃料元件研发是一项技术要求极高，风险也极高的工作。锆材和组件连续三年进入核电商用堆考验，有赖于中核集团的整体组织，有赖于两总系统指挥协调，有赖于大家对于目标的高度认同。”李广长说，“大家非常希望我们能早日拿出自己的核燃料元件，希望中国有自己的核燃料品牌。”
国内第一次走完核燃料元件研发全过程
“核燃料元件的研发必须要保障国家、集团公司核电‘走出去’战略的实施。”在李广长看来，这是项目研发的目标，更是“军令状”。因此，根据中核集团核电发展战略“华龙一号”“走出去”步伐，核燃料元件研发的倒逼“时间表”随之生成——4年完成所有研发。但4年时间，对于核燃料元件的研发是不小的挑战。
一直以来，我国核燃料元件研发始终处于前期技术研究阶段。而国际上，各国就燃料元件已经申请了大量专利。“重打鼓，另开张”，研发团队要面临国外各种先进燃料组件的专利限制、合作障碍，同时也要克服合作单位多、涉及学科广、自身研发基础相对薄弱等诸多困难。“我们总结这个项目有重、紧、急、难、多五个特点。重，是责任重大，如果不能按时完成目标，势必影响我国核电‘走出去’战略目标的实现;紧，是人力资源紧，时间进度紧;急，是工程项目需求急、问题出来要求急;多，是任务种类多、单位多、项目接口多、协调工作多。”项目总设计师焦拥军说。
在4年时间里，研制团队突破了燃料组件结构设计、热工水力分析、堆外性能试验、锆合金管棒材制备、组件制造工艺、锆合金堆外试验、燃料组件辐照后池边检查等7项关键技术瓶颈，建立了设计、模拟组件制造、堆外性能试验等研发体系，形成了知识产权成果包。
“这是国内第一次走完核燃料组件研发全过程，意义重大，为后续核燃料元件持续研发打下了良好的基础。” 李广长说。
这是中核集团跨板块的联合攻关
自创立之日起，核工业就从不缺少“大力协同”的成功典范。这一次依旧如此。李广长说：“集团化运作的优势得到充分发挥。”
在中核集团的统筹下，由负责核燃料生产的专业化公司——中国核燃料有限公司牵头，中国核动力研究设计院负责总体设计，中核建中核燃料元件有限公司负责研制生产，中核核电运行管理有限公司负责入堆考验，再加上中核北方核燃料元件有限公司等单位一起成立了联合工作团队。总设计师焦拥军说：“大家协同作战，为了同一个目标，全力以赴，确保每一个环节顺利推进。”
自主品牌的先进核燃料元件，很大程度上是以材料的研发成功为标志的，因此突破材料国产化瓶颈就成为研发的重中之重。承担这项任务的核动力院项目组人员夜以继日地开展工作，针对研发中的问题，不断优化工艺、改进设备。“如今我们已掌握了先进锆合金加工技术，国内首次研制出满足商用堆燃料元件技术条件的自主品牌N36锆合金管棒材，填补了国内自主知识产权锆合金应用的空白。”项目副总设计师赵文金说。
中核建中在2011年就成立了攻关团队，四年间投入大量精力，克服了重重技术难关，自主研制了关键设备和部件，在材料、加工制造等多个环节，取得了全面的突破，结合高的热工水力性能定位格架的应用，制造出具有自主知识产权的高性能燃料组件，并按期完成了CF专项各种试验件、模拟组件和入堆辐照燃料组件的研制任务。
按照国际核燃料研发惯例，新型燃料组件在完成设计制造后，在批量用于核电站之前，需要装载入商用核反应堆进行辐照考验。在CF系列的10个组件入堆考验中，中核运行既要保证电厂运行业绩，同时也要保证安全。这不仅是对自主研发的核燃料元件的考验，也是对秦山自主设计的60万千瓦的核电站的考验，对核电运行、技术管理的考验。为此，中核运行开发了一系列监测核燃料运行的监测软件，以监测燃料的完整性，做到有问题及时发现。截止到目前，CF系列燃料组件完成了不同燃料循环周期的辐照考验。
成绩可喜，但也要看到，我国核燃料研发之路还很长。
CF3燃料组件实现商业化，必须要经过一个严格的堆内考验，目前已完成了1个完整循环，后期，还要经过2个循环的考验，而且还要实现批量入堆考验，并在百万千瓦级核电站反应堆中进行堆内考验。只有历经这样的循环考验，才能满足当代大型压水堆的需要，才能让用户放心使用。对后续工作，李广长已有考虑安排。
近年来，核电站堆型逐步进入了第三代反应堆技术工程实施应用、第四代反应堆综合选型及关键技术攻关的阶段，各国投入大量人力物力持续研发更先进的核燃料元件。“我们不仅要开展第四代反应堆先进燃料组件的研发，还要让中国的燃料元件具有替换性，实现引进核电站也能使用中国自己品牌的核燃料。”李广长说。
实现核电强国梦，拥有高性能燃料元件，这段征途才刚刚开始。
