工人们穿着普通的防静电工作服，戴着洁净白手套穿梭于厂房之间，这一幕与记者想象中“全副武装”的核燃料元件加工车间截然不同。“在制造过程中，元件并未发生核裂变反应，其放射性极低，员工工作一年接受的放射性剂量相当于接受一到两次X光透视。”中核北方核燃料元件有限公司(二〇二厂，以下简称“中核北方”)工作人员告诉记者。
核燃料被称为核电站的“粮食”，核燃料元件则是核电站运行的第一道安全屏障。近日，记者跟随中核集团第五届“核你在一起”科普开放周体验团走进我国第一座核电“粮仓”——位于内蒙古包头市的中核北方，了解我国核燃料元件制造通过创新发展掌握核心技术，实现从跟跑、并跑向领跑的发展历程。
白手起家打造产业龙头
二氧化铀芯块烧结、塞端焊接、骨架焊接……经过一系列生产流程，压水堆核燃料组件由此诞生。据了解，该组件横截面为214毫米×214毫米、全长4.1米，由264根燃料棒和带有上、下管座的骨架等构成。
“一个月后，这批燃料组件将运往田湾核电站，这是这条生产线供货的第7个压水堆。截至今年8月，生产线已按期向各压水堆电站交付共1232组燃料元件。”中核北方压水堆核燃料元件厂厂长助理崔振波告诉记者。
“像这样的核燃料元件生产线还有三条。”中核北方重水堆核燃料元件厂副厂长吕会表示，“2003年起，中核北方开始向秦山三期重水反应堆提供换料元件，截至2018年底，已提供了16.4万个燃料元件。这条重水堆核燃料元件生产线是我国第一条也是目前唯一一条重水堆核燃料元件生产线。”
记者了解到，中核北方还先后建成了我国第一条三代核电燃料元件生产线、世界首条工业化规模高温气冷堆核电燃料元件生产线。
对于六十多年的发展，中核北方党委副书记常甲辰回忆：“1958年二?二厂成立，彼时的包头一片荒凉，创业者们在无厂房、无设备的条件下，建成了我国第一条铀化工、核燃料元件生产线。如今，二?二厂已成为国内核燃料元件种类最多、技术路线最全的生产商、供应商和服务商，并拥有我国最完整的铀化工工艺、铀冶金工艺、铀粉末冶金工艺、核材料研究、核燃料元件研制等生产体系。”
自主创新提升制造实力
参观中，一颗颗通体乌黑、光滑圆润，直径仅60mm的“球形核燃料元件”引起了记者的注意，这是全球首条工业规模高温气冷堆核燃料元件生产线的“作品”。
2013年3月，高温气冷堆核燃料元件生产线在中核北方开建，2015年4月，生产线进入调试生产阶段。“产品最大的‘卖点’就是安全。该球内含约12000个二氧化铀小核芯，这些直径只有0.5毫米的小核芯外包裹着4层包覆层，其中最重要的一层是碳化硅层，耐温超过2000度。”中核北方高温气冷堆核燃料元件厂党总支书记宋君武介绍。
然而，这条自主创新的道路走得艰辛曲折。据了解，高温气冷堆核燃料元件生产线直接依托清华大学实验线就进入工业化生产阶段，建设、调试、生产没有成熟可借鉴的经验，人员也没有相关生产经验，设备的可靠性有待验证。光是燃料球石墨外壳的硬度问题，研发团队试验长达两年。攻克这个难关后，调试团队又遇到如何为核芯“穿衣”的问题。“这些颗粒仅制作工序就多达二十几道，有一个颗粒破了，这一批就报废，生产过程中有近70个关键点，难度很大。”宋君武说。
经历无数次失败后，2017年7月17日，第20万个工业化球形核燃料元件成功下线。宋君武表示：“产品研制成功，意味着我国拥有完全自主知识产权的四代堆型的核燃料元件生产线已经进入稳定的规模化生产阶段，标志着我国高温气冷堆核燃料元件制造水平跻身世界前列。”
升级改进拓路发展
作为我国核燃料循环产业链上的重要一环和核电“走出去”的重要保障，核燃料元件制造也正从引进、消化、吸收、再创新走向自主化研制的道路。其中，备受国际核能界关注的环形燃料组件作为结构上完全革新的先进燃料组件，是压水堆先进燃料组件的重要发展趋势。
“经过十多年努力，从掌握小小的芯块制备工艺，环形燃料组件的研制实现了全尺寸燃料组件的制备。但我们不只满足于此，我们更想实现‘建设面向全球、国际一流的核材料、核燃料元件生产科研基地’的目标。”常甲辰说。
从“舶来品”到自主研发，核燃料元件是中核北方创新发展的缩影。
在偌大的核燃料元件生产车间内，工作人员寥寥可数，车床中间通道上，一个个机器手忙碌不停。中核北方科研部主任王虹告诉记者，3D打印和智能制造技术也正在被开发应用于核材料领域。
在核技术应用领域，中核北方也不断突破创新，研制生产的航天用测高仪屏蔽体，为我国航天事业作出了重要贡献。值得一提的是，在这里研制成功的钴调节棒等多种民用产品，也打破了国外技术垄断。
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