如何推动核燃料组件高质量发展？
【谷腾环保网讯】党的二十大报告提出“积极安全有序发展核电”，预计到2030年，我国核电机组规模有望成为世界第一。核燃料组件是核电站的核心部件，对核电站的安全性、经济性和可靠性都有着至关重要的作用。为此，调研组围绕推动核燃料组件高质量发展这一课题进行了调查研究。
基本情况
本次调研采用现场调研、文件调研与人员访谈相结合的方式，涵盖设计、制造、销售、使用单位共计33家。6月7日—10日，赴中国核电工程有限公司、国核铀业发展有限责任公司和中核北方核燃料元件有限公司开展现场调研，与相关管理人员、技术人员进行广泛深入交流。
中国核工业集团有限公司（以下简称中核集团）、中国广核集团有限公司（以下简称中广核集团）、国家电力投资集团有限公司（以下简称国电投集团）等结合各自技术路线开展了核燃料组件的设计研发工作。中核建中核燃料元件有限公司和中核北方核燃料元件有限公司提供了我国压水堆、重水堆、高温气冷堆核电机组的全部核燃料组件。
（一）核燃料组件质量管理与监管情况
设计、制造、使用单位均建立了符合核安全法律法规的质量保证体系并有效运转。设计单位通过与制造单位的设计交底、工艺鉴定、重要环节监督等手段加强质量管理；制造方主要通过原材料验收、工艺过程控制和成品验收等手段进行质量管控；使用单位主要通过驻厂监造、入场验收、一回路放射性监测、啜吸试验等手段进行质量管理。
国家核安全局依据有关法律法规，对核燃料组件的设计、制造、运输、运行进行全过程监管。
（二）核燃料组件自主化情况
随着我国核电事业的不断发展壮大，我国核燃料技术经历了从无到有、从引进消化吸收到自主研发的历程。
中核集团、中广核集团和国电投集团持续开展核燃料组件的自主化工作。中核集团研发了CF系列核燃料组件，支撑华龙一号核电机组对高性能燃料的需求；中广核集团开展了STEP系列核燃料组件的研制；国电投集团研发了适用于AP1000、国和一号等核电机组的核燃料组件。
（三）先进核燃料组件技术研发情况
压水堆核燃料组件的发展总体上在朝着提高燃耗、延长换料周期、提高安全裕度和可靠性等方向持续改进和发展，核事故耐受燃料（Accident Tolerant Fuel，ATF）是重点突破方向。
ATF燃料是美国能源部最先提出的一种新型核燃料，旨在通过开发新型包壳管和设计新型燃料芯块，提高核电厂的安全性能、燃料使用效率并降低运营成本。在堆芯失冷的严重事故工况下，可有效减缓锆水反应，降低甚至消除氢爆风险；在正常工况下，增强包壳管耐磨损、耐腐蚀能力和降低吸氢，延长包壳管寿命。此外，还可提高铀使用率，延长换料周期，提高核电厂的成本竞争力。ATF燃料已成为世界核能科技创新的热点，美、法、俄等国竞相研发。
在国家能源重大专项支持下，中核集团、中广核集团、国电投集团等企业及部分高校组建了一支国家级队伍，开展ATF燃料的开发。中核集团研制的ATF燃料先导棒组件已在福清核电完成第一燃料循环考验；中广核集团研制的包覆强化涂层的ATF燃料先导棒组件，在完成研究堆堆内试验的基础上，已向国家核安全局申请在阳江核电厂进行入堆考验；国电投集团的ATF燃料项目也在快速推进。
存在的主要问题
近期，核燃料组件质量问题影响个别核电厂运行稳定的情况时有发生，国际形势变化导致部分堆型核燃料组件核心技术受制于人的局面逐渐显现，提升核电厂固有安全性的先进核燃料组件技术规模化应用稍显滞后，主要存在以下问题。
（一）核电厂运行过程中核燃料组件破损时有发生，但破损机理研究不够深入
目前核燃料组件破损定性归类为设计原因、制造缺陷、使用原因等，但破损机理研究不够深入。一是破损原因分析能力不足，目前国内普遍通过啜漏检查、高清视频检查和超声检查等对核燃料进行检查，手段相对局限，没有采用国际上现行最有效的热室检查。二是破损原因分析的动力不足，出于经济性等考虑，国内核电厂大都将破损核燃料组件放入乏燃料水池，不再回堆使用，鲜有将破损核燃料组件送往热室进行检查的情况。
（二）国际形势变化，个别核电厂核燃料组件供应存在“卡脖子”风险
当前美方鼓吹“脱钩断链”，反复炒作“中国核威胁论”，威胁要对中国采取措施。个别堆型核燃料组件国产化已取得一定成果，但重要零部件，如格架、管座等，仍依赖进口，相关单位研制的国产核燃料组件尚未入堆检验。受当前错综复杂的国际局势影响，核燃料组件的重要零部件面临断供风险。
在自主可控技术方面，部分核燃料组件生产工艺装备及其关键元器件仍然受制于人，如格架自动焊接装置等自动化设备，高温烧结炉等大型设备，电子束焊、激光焊等先进焊接装备的关键部件，超声波、X光射线等关键无损检测设备及其关键部件等，未能实现完全自主可控，或者性能与进口产品存在较大差距。
（三）部门壁垒严重，研发设计没有形成合力
中核集团、中广核集团和国电投集团3家单位均独立开展自主化核燃料组件和ATF燃料等研发、设计与商业应用推进工作，但没有统一的流程与完善的标准，相互之间也缺少共享与交流，不利于研发资源和成果高效集约化利用，也对核安全监督和审评工作带来挑战。
（四）基础研究薄弱，没有形成核燃料组件有关数据库
当前，核燃料组件领域开展基础科研的人才队伍和专用设施等尚存短板，对堆芯物理、热工水力、材料性能等关键基础研究投入资源较少，核燃料组件包括关键材料的考验不多，系统性科研成果较少。核燃料组件有关的性能数据没有形成系统、深入、完整的数据库，不能为研发和核安全监管提供强有力支撑。
对策建议
（一）加强政策支持，推动国产化替代和先进核燃料组件技术应用
统筹发展和安全，为核燃料组件技术发展提供适宜的政策环境，在保证运行安全的前提下，大力支持自主核燃料组件技术发展，切实解决“卡脖子”问题。跟踪世界先进核燃料组件技术发展趋势，对新型核燃料组件考验试验予以包容监管，明确新型核燃料组件入堆的整体规划、技术细节与安全审评要求，加快ATF燃料等先进核燃料技术的规模化应用，提升核电厂固有安全性。
（二）发挥新型举国体制优势，统筹核燃料组件领域科技研发支撑
国家核安全局参与制定国家核燃料组件研究中长期规划，增加核安全监督和审评要素，推动建立全国一盘棋的研发基础设施体系，部署开展相关的技术研发及工程应用，打通产学研用瓶颈，提升我国在未来先进核燃料技术方面的整体竞争力和技术水平。建立国家核燃料组件重点科技专项，形成政府引导、企业主导、全行业协同的技术创新投入机制，长期稳定支持国内优势院校开展核燃料组件有关的基础研究，特别关注物理性能、材料特性等基础试验研究，解决基础研究弱、原始创新少等“阿喀琉斯之踵”。
（三）加强经验反馈和数据库建设，推动建立自主化标准体系
建立统一的经验反馈平台，针对运行核电厂核燃料组件破损问题，查找根本原因，提出针对性的解决措施，做好向设计、制造环节的经验反馈，持续提升核燃料组件质量，促进核电厂安全稳定运行。加强核燃料组件运行、堆芯计算、材料入堆考验等试验数据积累，建设核燃料组件数据库，为研发和监督审评决策提供支撑。推动建立核燃料组件的中国标准体系，结合我国工业基础和研究现状，在对关键性能指标开展必要的试验研究和验证基础上，加快建设一套自主、统一、协调、先进的标准体系，充分发挥标准的规范、引领和支撑作用，推动核燃料技术进步。
（四）提升监督能力，加强对设计、制造和运行环节的全过程监管
国家核安全局明确对核燃料组件质量的监管职责，建立设计制造运行环节的监督程序文件，规范监管工作。加强监督员业务培训工作，提升现场监管能力。推动组建第三方独立检测机构，委托开展核燃料组件重要部件和材料的性能抽检复验。压实设计、制造、销售及营运单位对核燃料组件质量的主体责任，督促其加强质量管控。
作者系生态环境部党校2023年春季学期处级干部进修班学员
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