从“卡脖子”到“强心脏”：焦拥军详解中国核燃料自主化突围之路

“核燃料产业链是核能自主化中最重要、最关键的环节。要实现从核电大国向核电强国的跨越，成为国际核科技的引领者，核燃料领域是必须重点攻关和破局的核心板块。”中核集团首席科学家、CF燃料总设计师焦拥军表示。

核燃料组件被誉为“核电站的粮食”，不仅是电厂的“心脏”，更是安全的第一道屏障。但很长一段时间里，这颗关键之“芯”依赖国外技术转化，缺乏自主知识产权，宛如被“扼住了咽喉”。为突破这一局面，中核集团坚持“产业出题、科技答题”。

焦拥军指出，长期以来，我国核燃料产业面临着双重困境：一是材料“卡脖子”，燃料组件的安全性和可靠性，很大程度上取决于锆合金包壳，该材料长期依赖进口，成为制约我国核燃料产业发展的主要瓶颈;二是无自主技术，当“华龙一号”作为国家名片准备走向海外时，一个现实难题摆在面前：要出口，却没有具备自主知识产权的核燃料组件。

“这是典型的‘产业出题、科技答题’，当时我们没有退路，只能向前!”焦拥军回忆道。作为CF系列核电燃料研发的技术责任单位和牵头单位，国家级核燃料研发设计的“最强大脑”——核动力院主动扛起攻坚大旗，一支500余人的研发团队，就此踏上了长达十年的自主突围之路，目标直指燃料组件设计、关键材料制备、核心工艺验证等一系列技术关卡。

核燃料组件的“铠甲”——锆合金包壳，是攻坚路上的第一道难关。焦拥军解释道：“锆合金的研制是燃料技术中最难的环节，而N36的合成难度更是难上加难，在合金材料里，锆的熔点超1800℃，铌高达近2500℃，而锡却只有232℃，要把熔点悬殊的元素熔得均匀如一，难度堪比‘在烈火中揉面’。”自中核集团启动N36锆合金工程化制备技术科研以来，核动力院历时8年，历经6大阶段的技术攻关，终于成功掌握了具有自主知识产权的完整工程化制备技术，突破真空熔炼、锭坯均匀加热、高精度挤压轧制等一系列关键技术，将管材壁厚偏差控制到发丝级，多项成果填补国内空白、达到国际先进水平。

技术突破之后，产业化落地成为关键。2017年，西部新锆与核动力院签订技术转让合同，接过了N36锆合金产业化的接力棒。“我们生产N36锆材的过程，就像拉面一样，一点点把材料拉细拉长，既要保证均匀，又要守住精度，容不得半点差错。”西部新锆总经理、党委副书记周军用一个生动的比喻，道出了生产过程的严苛。西部新锆在核动力院、中核建中的全力支持下，仅用13个月就攻克了铸锭真空熔炼、锭坯挤压感应均匀加热等多项关键技术。2018年11月，N36锆合金首批管材成功交付，用时仅为国际同行同类型产品生产时间的三分之一，创造了令人惊叹的“新锆速度”。“N36不是仿制品，是我们完全自主知识产权的‘争气材’!”周军的话语里满是自豪。N36的成功交付，标志着我国已完全实现自主化核级锆合金的规模化生产，彻底打破了国外长期以来在此领域的垄断地位，让“华龙一号”真正拥有了“中国铠甲”。

制造核燃料组件就像“包饺子”。二氧化铀陶瓷芯块是“馅儿”，N36锆合金管是“皮儿”，包在一起就成了核燃料棒“饺子”，最后还要用定位格架把264根核燃料棒整齐排列成17×17的方阵。“我们把一个个核燃料‘馅料’精心包裹起来，每一步都要精准细致，确保安全可控。”中核建中副总经理那保国形象地说道。中核建中在整个核燃料自主化全链条中扮演着“总装师”的角色，它将西部新锆生产的锆合金包壳，与自主研制的二氧化铀陶瓷芯块精准组装，打造出合格、安全的核燃料组件。

“从秦山核电站的第一批燃料元件，到如今‘华龙一号’的CF3组件，我们见证了中国核燃料产业从无到有、从有到优的完整发展历程。”那保国介绍，截至目前，中核建中已累计生产交付核燃料组件超30000组，成为亚洲最大的压水堆核电燃料元件制造基地。其生产的CF3组件核心材料、制造工艺全面自主，综合性能达到国际先进水平。值得一提的是，CF3组件的“里应外合”尽显中国智慧：“外”有N36锆合金包壳抵御极端环境，“内”有高性能二氧化铀芯块稳定供能，单颗芯块释放的能量相当于0.8吨标准煤完全燃烧，一根燃料棒的能量密度更是相当于传统化石燃料的百万倍。

核燃料自主可控，从来不是一家单位、一项技术的孤军奋战，而是设计、材料、制造、应用全链条的协同作战。中国核燃料产业已经完成了从跟跑到并跑的跨越，在“十五五”新征程上也迎来了新的使命与挑战。“面向华龙一号2.0等新一代核电技术，中核集团正同步推进CF先进燃料组件迭代升级，保持技术与堆型同频共振。”焦拥军介绍道。与此同时，如何满足“绝对安全”的超高性能要求，如何加快产品应用推广、扩大市场规模，如何补齐关键试验设施短板，都是“十五五”期间需要攻克的新课题。

从核动力院实验室里的一次次技术迭代，到西部新锆车间里的一根根银色锆管，再到中核建中生产线上的一组组燃料组件，中国自主核燃料产业链正稳步前行。这根贯穿东西的“核芯链条”，不仅守住了中国核电的“粮食安全”，更承载着在“科技赋能、产业造福”的道路上，书写“做世界核领域发展的引领者”新时代篇章的光荣使命。