从进口依赖到“走出去”，国产核燃料组件如何破局？

界面新闻记者｜蒋习

在四川宜宾，中核建中核燃料元件有限公司(下称中核建中)的生产车间里，吊钩缓缓升起。工人小心地推动操纵杆，将这个长约4米、重达数百公斤的“大家伙”缓缓送进仓库货位。

其中的每一根金属管里，都塞满了黑色的燃料芯块。它们是国产CF核燃料组件。

之后，它们将启程奔赴各地的核电站，被装入反应堆，等待中子源的轰击。在那里，它们将释放出巨大的热能，化作点亮万家灯火的电流。

中核建中核燃料组件库。图片来源：中核集团

“目前，中核建中的核燃料组件总量累计突破3万组大关。”4月14日，中核建中副总经理那保国对界面新闻等媒体表示。

中核建中是中核集团旗下负责核燃料元件制造的公司，具有全堆芯供货能力，包括核燃料组件、控制棒组件、一次中子源组件等。

核燃料元件生产线。图片来源：中核集团

核燃料组件是核电站的“能量之源”。

很长一段时间内，除秦山核电一期项目外，中国无自主核电燃料品牌。“华龙一号”技术作为高端制造业走出国门的代表性产品，面临核燃料组件出口瓶颈。

2010年，中国决定研发具备自主知识产权的国产核燃料品牌——CF。CF是“Chinese fuel”的缩写，代表着中国核燃料。

自2010年起，在国家有关部委的支持下，中核集团历经十多年，成功研发了CF系列燃料，形成了完整的产品谱系。

CF系列燃料组件。图片来源：中核集团

燃料棒是核燃料组件的核心单元，由燃料芯块、包壳等组成。

核燃料组件国产化的最大瓶颈，是包裹核燃料的“外衣”——锆合金包壳管。它是防止放射性物质外泄的第一道安全屏障，其制造质量直接关系核电厂运行安全。

长期以来，这一核心部件的原材料与制造技术被国外少数几家公司垄断。

中核集团中国核动力研究设计院牵头研发出国内首个具有完全自主知识产权的N36锆合金，打破专利围堵。

西安西部新锆科技股份有限公司(下称西部新锆)是国内核燃料组件包壳管主要制造单位，承担着核燃料组件关键材料国产化、自主化的重要任务。

该公司是中国唯一具备完全自主知识产权的核级锆材生产企业。其组建历史可追溯至2013年，由中国原子能工业、西北有色金属研究院、西安工投、西部材料及中信金属股份发起设立。

N36锆合金的研发，是一场在专利夹缝中的突围。彼时，国外厂商已对锆合金包壳管进行了严密的专利布局。

“我们需要找到一种产品，既要性能优异，又要能够突破专利壁垒。”西部新锆总经理周军对界面新闻等媒体表示。

N36合金因添加了铌、铁、锡等熔点差异显著的金属元素，熔炼均匀性便成为首道难关。

“几种元素的熔点差别很大，锆要1800多摄氏度，铌要2500多摄氏度，而锡只有232摄氏度就熔化了。”周军解释道，“如何让它们均匀分布？就像和面一样，面若和不匀，面条自然拉不细。”

挤压工序直接关系到最终管材的均匀性，而管材均匀性要求极严，需控制在三分之一头发丝的精度。因此，必须在管坯阶段就将尺寸严格控制到位。

“控制难度很大，目前我们已经能将20毫米左右的壁厚公差控制在0.5毫米以内。”周军说。挤压过程还涉及加热技术与高温润滑技术，“国外对润滑剂实施了封锁，我们只能依靠自主研发来突破。”

挑战还在后续的管材制造环节。传统进口设备配套的轧制工艺参数无法匹配N36材料高变形抗力的特性，直接轧制易导致管材扭曲开裂，形如“麻花”。

西部新锆在两到三年的时间内，完成了国外同行业通常需要二三十年时间积累的技术迭代过程，自主掌握了管坯批量挤压、高温润滑等一系列核心工艺。

中核集团首席科学家，CF燃料总设计师焦拥军告诉界面新闻等媒体，N36锆合金具备更强的耐腐蚀性、抗变性能力与更低的辐照生长率。

N36锆合金管材。图片来源：中核集团

这三大特性使得N36能承受更高的燃耗，这意味着在发出同等电量的前提下，所需燃料组件数量更少，经济性显著提升。

中国是全球核安全标准最严格、要求最高的国家，这也决定了核燃料产品在产业化推广中，必须满足极高的成熟度、稳定性与长期可靠性要求。从样品合格到批次稳定，从示范应用到规模化供货，每一步都要经过严苛验证，确保“绝对安全”。

当前正值核电发展的战略机遇期。

根据《“十五五”规划和2035年远景目标纲要》，到2030-2035年，中国运行的核电装机规模预计将分别达到1.1亿千瓦和1.5亿千瓦以上。中国已加入“三倍核能宣言”，承诺到2050年将核能装机容量提升至2020年的三倍。

“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。”焦拥军表示。

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。