中核集团：锻造核燃料组件的“中国芯”

在核能领域，“CF”是中国燃料Chinese Fuel的专属标识，代表我国具备完全自主知识产权的核燃料组件。核燃料组件是安全的第一道屏障。CF系列出现之前，我国的核燃料组件很长一段时间里依赖国外技术转化。

“没有自主可控的燃料，‘华龙一号’就不可能走出去。”中核集团首席科学家、CF燃料总设计师焦拥军说。面对困境，中国核工业集团有限公司（简称中核集团）坚持“产业出题、科技答题”，协同旗下深耕研发的中国核动力研究设计院（简称核动力院）、关键材料攻坚的西安西部新锆科技股份有限公司（简称西部新锆）和智能制造的中核建中核燃料元件有限公司（简称中核建中），形成了一条从源头创新到产业落地、全生态构建的核燃料自主化全链条。现阶段CF3新型燃料组件已经全面适配“华龙一号”核电机组，随着CF系列规模化落地应用，“中国芯”正持续为我国核电安全稳定运行和高质量发展赋能。

“产业出题”: 研发核电机组“中国芯”

没有核燃料组件，核电机组便是“有堆无芯”。焦拥军说：“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。”

事实上，我国核燃料研发起步并不晚。但整体来看，我国核燃料产业长期面临着双重困境：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，这种材料长期依赖进口，成为制约我国核燃料产业发展的主要瓶颈。二是除秦山一期核电站外，我国尚无自主核电燃料品牌。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。

核燃料产业陷入困境，自主化是必须破解的当务之急。中核集团迅速形成共识：自主核燃料的研发与生产是保障核电“供应安全”的唯一途径。

然而，核燃料的自主化并非单项突破就能实现。其研发与生产的全链条涵盖多个关键环节，从基础研究、燃料产品设计、材料研发起步，到燃料组件的堆外实验、堆内实验及实验后的热室检查，还包括配套的研究模型设计与软件开发。这些环节需要联动“升级”，才能完成核燃料从技术构想走向实际应用的跨越。

记者从中核集团了解到，2010年在国家相关部委的大力支持下，中核集团集结优势力量，打通研发、材料到制造的全产业链，将核动力院的技术、西部新锆的锆合金和中核建中的总装能力有机协同起来，聚力攻关研发“中国芯”。其中核动力院做设计，西部新锆做高性能锆合金管，最终在中核建中完成组装。

“我国核燃料自主创新之路，最鲜明的就是‘产业出题、科技答题’。”在焦拥军看来，核燃料组件研发技术要求高、研发难度大、周期长，是真正的战略技术高地，“当时我们没有退路，只能向前！”

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。当时一支500余人的研发团队开始了自主创新，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。

锆合金的研发制造难度远超想象。西部新锆总经理、党委副书记周军介绍，核材料造出来只算完成了一半，真正的考验在后半程——放进反应堆能不能稳定发挥作用。之前很多材料做出来了，却没有通过反应堆的验证，止步于此。

焦拥军说，很多场景到现在都历历在目。当年在简陋的小作坊里搞试验，屋里蒸汽弥漫、闷热难当，大家都憋着一股劲，必须打破国外专利壁垒与技术垄断，摆脱原材料依赖进口的困境，心里只有一个念头：我们一定能行！只要产业有需求我们就全力以赴。这是我们不变的信念，那些难关就是硬扛着熬出来的。

“科技答题” :全产业链协同攻关

N36锆合金是支撑CF系列燃料组件成为“中国芯”的包壳材料。在西安的西部新锆生产现场记者看到，N36锆合金包壳质感精良、表面光洁如镜，走近可以清晰映出人影，整体边缘规整无毛刺。

“锆合金的研制是燃料技术中最难的环节，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℃，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’。”焦拥军介绍。

这道难关自中核集团启动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。2017年西部新锆与核动力院签订技术转让合同，着手产业化落地。

周军介绍，核材料的标准远高于其他工业材料。生产N36锆材既要保证均匀又要守住精度，容不得半点差错。单说切断工序：管材断面必须平滑、垂直、无毛刺，单这一项就反复攻关了3个月。

这段攻坚历程充满艰辛。当时国内没有专业的锆合金生产线，部分工序只能在条件有限的环境下开展。遇到关键技术问题，技术团队连夜开展研讨。2018年11月，多方协同攻坚决战告捷——N36锆合金首批管材成功交付。

目前N36锆合金国内市场占有率100%，成为“华龙一号”、“玲龙一号”燃料组件的唯一合格材料，彻底摆脱了进口依赖。该材料能承受更深的燃耗，减少组件用量，同时耐腐蚀、抗变形、低辐照生长，能在堆内长期稳定运行。与国际同行相比，其生产周期缩短至三分之一。

有了N36锆合金关键材料，四川宜宾中核建中的燃料生产线更加忙碌起来：机械臂抓取锆合金包壳管，有序填入二氧化铀芯块，一组核燃料组件缓缓成型。成型组件随即输送至检测设备，进行全方位精密检测。

中核建中的燃料组件库

“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，这里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。”中核建中副总经理那保国介绍。中核建中扎根四川宜宾61年，是目前亚洲最大的压水堆核燃料元件制造基地，累计生产交付的核燃料组件超30000组，其中CF3组件综合性能达到国际先进水平。

记者了解到，历经十余年的集智攻关，关键材料与制造工艺取得双重突破。中核集团相继成功研发制造了CF2、CF3等系列燃料，建立了国内完整的自主燃料产业应用体系，实现了核燃料的本土化自主供应，打造了自有的“中国芯”。

“核燃料产业的突破从来不是一家单位、一个团队的战斗，而是全国多家科研院所、制造企业、应用单位协同作战的成果。”焦拥军认为，CF系列燃料组件能够在短时间内实现跨越式发展，最核心的经验就是全产业链的高效协同。

这场协同联动由中核集团的统一部署，相关单位协调推进，从核动力院实验室里的技术逐步迭代，到西部新锆车间里的锆管，再到中核建中生产线上的一组组燃料组件，整个产业链形成了责任分工明确、紧密协作、互相支持的团队。正是这套全链条的协同机制，推动CF系列燃料组件成功研发，实现了我国核燃料产业链的突破性发展。

蓄力长远:守住绝对安全红线

目前我国的产品技术水平与国际先进水平相当，在下一代产品研发上也处于同一起跑线，但产品的市场规模和应用量与国际同行相比仍有差距。因此我国核燃料产业需要在坚持科研创新的同时，必须加快应用推广步伐。

“小心小心再小心，安全安全再安全。”焦拥军反复强调核材料要达到绝对安全。他表示，虽然也想看到产品尽快应用，但每一步都急不得，核产业往前的任何一步都要谨慎。

安全是核产业的生命线，也是参与全球竞争的底气。中核集团把核安全置于最高优先级，用“全球最高安全标准”生产，并发布《中核集团核安全责任体系》企业标准，严格落实覆盖各层级、各岗位的核安全责任。

放眼全球，我国核安全管控标准严苛、规范体系完善，处于世界一流水平。这也意味着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”。

当前全球核能发展热潮兴起，我国核电也进入了加速发展期。根据国家发展规划，预计到2030年、2035年，我国核电装机规模将分别达到1.1亿千瓦和1.5亿千瓦以上。同时，我国还加入了《三倍核能宣言》，明确到2050年将核能装机量增至2020年的三倍。

立足广阔的市场契机，中核集团以“华龙一号”2.0等新一代核电技术为着力点，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。与此同时，将核燃料领域积淀的核心技术成果赋能航空航天等领域，在更多的应用场景中落地生根、释放价值。

面向未来，我国核燃料技术的竞争核心将聚焦在“高燃耗”和“零破损”两大方向。焦拥军介绍，追求更高燃耗、更好安全性与可靠性，实现燃料组件“零破损”，推动核燃料技术不断升级。“这道‘题’我们会持续解答下去！”

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。

记者从中核集团获悉，接下来中核集团将聚焦核燃料产业，持续推进CF系列燃料组件升级迭代，深化N36锆合金迭代优化，研发新一代耐事故包壳材料。同时，补齐关键试验设施短板，推动数字化、智能制造与核燃料研发制造深度融合，构建多元化、全谱系燃料供给能力，让“中国芯”为我国从核电大国迈向核电强国提供源源不断的强劲动力。

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来源｜国资报告

责编 | 王思淇

主编 | 刘洋

审校 | 李春平

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