核燃料领域专家焦拥军:打破国外技术垄断,他为华龙出海提供坚实之“芯”

2022-12-15 15:30  来源:中国核动力研究设计院    焦拥军  堆芯  CF系列燃料元件  华龙一号  核燃料

焦拥军,任职于中国核动力研究设计院(简称核动力院),主要从事核燃料元件的设计研究工作,中国核工业集团有限公司核燃料元件领域的首席专家,核电燃料的设计研发项目总设计师。


【人物名片】

焦拥军,任职于中国核动力研究设计院(简称核动力院),主要从事核燃料元件的设计研究工作,中国核工业集团有限公司核燃料元件领域的首席专家,核电燃料的设计研发项目总设计师。

他率领团队突破核燃料“卡脖子”困境,从国外层层专利限制和技术壁垒的封锁中突出重围,蹚出了一条我国核燃料自主化发展之路,使我国成为拥有自主核燃料设计制造技术的少数国家之一,为自主三代核电“华龙一号”的出海提供了坚实保障。

【书信摘要】

给2027年10月19日的焦拥军:

希望自己的态度能更和蔼,内心更丰富,爱心依旧。希望自己依然有独立之思想,自由之精神,依然保持着好奇和探索之心,能多去户外走一走,能多一份宁静。

5年后,希望中国先进燃料组件在国内能够广泛应用,技术转让到国外,看到中国核燃料的先进技术和产品又实现新的突破,实现核能创新,造福人类。

5年后,希望家人身体能更好一些,快乐更多一点,也能常有时间聚聚,生活充满爱意。朋友聚在身边,家庭是港湾。

如果可能,5年后能换一个工作的方式或者地点,改变一下环境,有点新意,换个心情。因为世界那么大,可以多看看、多感受。

祝自己的目标都能实现。

焦拥军

2022年9月28日


焦拥军给五年后的自己写信

焦拥军:打破国外技术垄断,他为华龙出海提供坚实之“芯”

11月27日,对核动力院乃至中国核动力事业来说,是值得纪念的一天。

两年前的这一天凌晨00时41分,华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组首次并网成功。这标志着中国打破了国外核电技术垄断,正式进入核电技术先进国家行列。

近4个月后,2021年3月,华龙一号海外首堆——巴基斯坦卡拉奇2号机组首次并网成功,这是中国自主三代核电华龙一号海外建设取得的重大里程碑。

以此为标志,中国核电实现从引进到出口,从跟跑到并跑的跨越。而支撑华龙一号走出国门的核心利器,便是CF系列燃料,被誉为最强“中国芯”。

为华龙出海锻造这颗“中国芯”的,就是焦拥军和他所带领的团队。

技不如人就要受制于人,一件小事倒逼他立志自主研发

过去10年,我国的核能领域发展迅猛,最有标志性的成果就是我国的两张“国家名片”之一的自主三代核电“华龙一号”走出国门。而支撑其走出国门的核心利器便是CF系列燃料,其被誉为最强中国“芯”。

然而,这块最强中国“芯”的研发却来之不易。很长一段时间里,我国高性能压水堆燃料组件严重依赖进口,核心原材料和零部件的供货渠道和定价权由国外控制。

2005年前后,对中国自主的核动力事业发展来说,有两道关卡难以跨越,其中一项就是核燃料。多年来,大型商用压水堆的燃料组件在国内生产一直是采用国外进口的技术,虽然实现了生产的本土化和本地化,但技术都是国外的。

焦拥军深知——要让我国的核能技术实现出口,必须要满足我们整个设备和体系完全自主研发。2008年,在一次核电站燃料组件会议上,外方代表的一句话,焦拥军至今不忘。

会上,一家长期向中国供应核燃料组件原材料的公司公布了一个重要消息:其燃料组件已经采用改进型格架并且实现批量化供货。但当焦拥军向该公司项目经理询问向中方供货具体事宜之时,“我们旧格架库存量很大,落后产品不卖给你们中国还能给谁?”外方代表傲慢冷漠的态度深深地印刻在了在场每一位“燃料人”的脑海里。

“技不如人就要受制于人!任何一个人在那种环境下,内心都会产生一种坚定的信念——要打破国外垄断,有技术支撑,才有说话的分量,才有发言权!”

为了突破核燃料“卡脖子”困境,跟上我国核电出口和应用的需求,2010年,在相关部委支持下,中核集团将“CF系列燃料(压水堆燃料元件设计制造技术)”列为集团首批科技重点专项之一。焦拥军“挂帅出征”,任总设计师。


焦拥军与CF3自主燃料组件

十年磨一剑,蹚出了一条我国核燃料自主化发展之路

这是以10年为尺度的科研“长征”。

这个看似“筷笼子”一样的核燃料组件,从研究到试制、再到出品,环节多、配套条件极其复杂,要集齐许多高精尖技术,还要能融会贯通多学科领域知识。

一个冷棒临界的问题,他们就花了三年时间才解决。此项实验是为了探索事故工况下核燃料组件烧毁的安全边界,好比在钢丝绳上跳芭蕾。那时,世界上仅有美、法等国成功开展过此类实验。

燃料棒是其中极为重要的元件之一。按照实验设计,位于中间的3×3的9根热棒应该先达到临界,但是实验过程中,处于外围的16根冷棒却先触发了临界。团队咨询了很多外方的专家,但是都没有给出合适的答案。他们只能自己埋头苦干,制定多种实验方案进行尝试。他邀请国内外院士、专家会诊;与此同时,让设计方、实验方背对背分析原因。经过多轮方案的挑战,终于找到了一把破解的钥匙,成功移开了这块绊脚石。

经过快三年的时间,“冷棒临界”问题终于得到解决,为我国核燃料自主化之路扫清了障碍,使得我国核燃料自主研发之路又向前迈出了关键的一步。

包壳是核反应堆燃料组件最重要的结构之一,包壳管壁需要承担起核反应堆“第一道安全屏障”的重任。锆合金包壳材料的研发也是一大难题。

在首次做500公斤级锆合金管材研制的时候就出过问题,轧制过程中,管坯总是开裂。2011年6月30日,原本焦拥军和团队在宜宾812厂开会,结果当天西安的承制方就通知:用于CF3燃料实验的管坯开裂了!他们直奔机场,赶往生产现场,连夜调整研制工艺,使问题得到解决。

自2010年率领团队研发CF核燃料以来,这只是焦拥军处理众多突发事件中的一例。在探索我国核燃料自主研发之路上,从“小米加步枪”的简陋设施到上千燃料元件的设计方案与实验优化,经过不断努力,如今锆合金已经完全实现了批量化生产,且批量用于核电厂中。

“整个燃料项目的研发目标和华龙一号的使用耦合性是非常强的。时间紧任务重,燃料研发不能按期完成,华龙出口项目就无燃料可用。”焦拥军顶着巨大压力带着团队“打了硬仗”,攻克了难题。

2019年10月30日,20组CF3燃料组件进入秦山二期和方家山反应堆运行,标志着中核集团不仅全面掌握了高性能核电燃料研制技术,而且具备了自主知识产权燃料的批量化供应能力。

焦拥军与团队披荆斩棘,在我国研制CF系列燃料元件这块空白领域冲锋陷阵,获得了50余项核心专利,创造了多个国内“第一”,荣获了国防科技进步一等奖、二等奖等。


华龙一号核岛模型

未来五年核电迎来大发展时代,“拼命三郎”永不停歇

十年前,CF3燃料组件格架设计正处于攻坚期。为了攻下这座堡垒,焦拥军和他的同事几乎全天坚守在办公室,用CFX程序对各种格架的方案进行分析计算。在评审会上,焦拥军在向领导汇报工作进展时不禁落泪,他们的坚持让在场的所有人都铭记了CF燃料研发人员的付出和努力。

十年后,当年的“拼命三郎”依然兢兢业业坚守在岗位。他时常工作到深夜,休息日也能在办公室见到他的身影。他出差频繁——自2010年担任总设计师以来,他航旅纵横上的飞行记录超过了99.99%的用户。

有人说,人的年纪越大越容易陷入自己原有的认知框架当中,很难接受新事物。但迈入知天命之年的焦拥军则不同,苟日新,日日新,又日新,每天仍在努力学习燃料有关的新知识。

十年前刚开始研发CF燃料组件时,焦拥军团队仅有5名副总设计师和3名总师办的同志。到如今,副总设计师增加到了十几人,仅中核集团旗下的参研单位就有6家。提起“焦总”,团队的年轻人总是又爱又怕。作为我国自主核燃料研发领域带头人,他以强硬的态度和对工作的高要求闻名业内。

在和他的团队开会时,焦拥军常常说“希望能听到每个人的声音”。他希望每个人都能参与其中,发表观点,集思广益,创新突破。

如今,在双碳目标下,在电网中能够稳定出力的核能,迎来了一个大的发展机遇。随着国家对核电的项目立项的加速批复,未来5年,核电领域将迎来风口。到现在为止,我国一共有在建和在运行的核电机组82台,直逼美国的90多台,同时也远超核电机组位于第三位的法国。

焦拥军和团队所研发的燃料组件,则将会得到更广泛的应用和推广。更耐事故、更高燃耗的燃料组件研发,是团队下一步前进的方向。

过去12年,以应用目标为导向的研发倒逼他们快步前进。现在,他希望节奏适当“慢下来”,加强基础研究工作。

这背后大有深意。“现在,在创新研究方面,我们和国外的水平和进度是旗鼓相当的,所以我们也期望在未来几年内,在基础研究领域取得新的突破,力争走在世界的绝对前列!”

焦拥军和同事讨论工作



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