今年，中核集團歷經多年研發的我國具有完全自主知識產權的高性能核燃料元件——CF系列燃料組件再獲歷史性突破：CF2燃料組件完成三個循環輻照考驗，自主高性能鋯合金品牌N36特征化燃料組件通過4個循環的輻照考驗，性能達到國際先進水平；作為CF系列的拳頭產品，CF3燃料組件完成2個循環輻照考驗，經池邊檢查性能良好，同時，具備了為“華龍一號”提供首爐燃料的條件……這些振奮人心的成果使得我國核電發展的核心競爭力進一步提升。

毋庸置疑，核燃料元件是核電站的核心部件，不斷提高核燃料技術是改善核電站安全性、可靠性和經濟性的有效手段，同時也是我國核電技術國產化、核電“走出去”的關鍵所在。

為此，近些年來，中核集團全力研發具有自主知識產權的高性能核燃料元件,其間無論是包殼材料、結構設計、試驗技術、制造技術，還是輻照考驗、池邊檢查，都開展了大量自主創新工作，“孕育”出的CF系列燃料組件，完善了我國壓水堆核電站燃料研發體系，創造了“適用于商用壓水堆的燃料組件自主知識產權創新設計與工程應用”等多個領域的國內第一。

自主研發

推動我國核燃料產業跨越式發展

一直以來，各核電大國在核燃料組件上的改進和品牌創新，從未停止。

概覽我國核能發展，由于采用引進技術路線，我國大部分核電站使用的核燃料組件均為引進國外技術，在國內制造。長期以來，在核心技術、原材料及關鍵部件供應等方面始終受制于人，嚴重阻礙了核電“走出去”的步伐。隨著我國核電“走出去”戰略的實施，研發擁有完全自主知識產權的核燃料元件迫在眉睫。

“如果沒有自主研發的核燃料元件，要實現核電強國夢，實現核電‘走出去’戰略就是空談。”中核集團“壓水堆燃料元件設計制造技術”重點科技專項總指揮李廣長表示。

2010年，中核集團實施創新驅動發展戰略決策，“壓水堆燃料元件設計制造技術”成為首批啟動的重點科技專項之一。CF系列燃料組件承載著自主核能夢，進入到全面自主研發階段——從包殼材料、燃料組件設計技術、燃料組件加工制造技術、燃料組件入堆輻照考驗到池邊檢查等方面全面突圍，為“華龍一號”“走出去”匯聚力量。

事實上，這并非我國核燃料自主研發的全部。近幾年，核電發展步入具有更高安全標準的第三代應用階段，與之對應，對核燃料安全性、可靠性運行也提出了更高的要求。尤其是日本福島核事故后，各國更是加大了研發力度。如今，高性能核燃料研發已然成為各國核能發展的競爭高地之一。

而多年的制約，早已讓中國核工業人意識到自主研發先進核燃料對于我國從核大國走向核強國的重要意義。為此，近年來，中核集團瞄準國際最新技術方向，在先進核燃料技術研發應用方面，與世界各國開展了研發競賽——自“十一五”末，開展環形燃料的研究工作，目前已圓滿實現第一階段的研究目標；作為快堆核心技術，MOX燃料組件技術研發積極推進，目前取得了重要的階段性進展；聚焦國際上最先進的耐事故燃料（ATF），通過攻關目前已獲得部分關鍵性能數據……這對有效推動我國核燃料產業跨越式、可持續發展，提升我國核電站安全性能奠定了基礎。

聯合攻關

完善我國壓水堆燃料組件研發體系

CF系列燃料的天然使命就是保障核電“走出去”戰略實施。根據中核集團核電發展戰略、“華龍一號”的“走出去”步伐，CF3燃料組件研發的時間表隨之倒逼生成——4年完成所有項目規定的自主研發。顯然，這是個不小的挑戰。

“我們總結這個項目有重、緊、急、多等特點。重，是責任重大，如果不能按時完成目標，勢必影響我國核電‘走出去’戰略目標的實現；緊，是人力資源緊、時間進度緊；急，是工程項目需求急、問題出來要求急；多，是任務種類多、單位多、項目接口多、協調工作多。”中國核動力研究設計院的焦擁軍被任命為項目總設計師，談到這個項目備感壓力。

為了保障科研工作的順利開展，中核集團創新組織體系——設立了“兩總”（總指揮與總設計師）組織體系和以“項目總指揮和總工程師負責制”為基礎、實施“項目—課題”兩級管理的專門項目管理組織機構，以加強項目的全過程管理。

隨后，一場跨板塊的聯合科研攻關戰役就此打響——項目由中國核燃料有限公司負責組織實施，由核動力院負責技術牽頭，另外，由中核建中核燃料元件有限公司、中核北方核燃料元件有限公司、中核核電運行管理有限公司、西部新鋯核材料科技有限公司等作為參研單位。4年時間里，研制團隊攜手攻堅克難，突破了燃料組件結構設計、熱工水力分析、堆外性能試驗、鋯合金管棒材制備、組件制造工藝、鋯合金堆外試驗、燃料組件輻照后池邊檢查等7項關鍵技術瓶頸，建立了設計、模擬組件制造、堆外性能試驗等研發體系，形成了知識產權成果包。

2012年6月，N36特征化燃料組件入堆考驗；2013年7月，CF2輻照考驗組件入堆考驗；2014年7月，CF3先導組件入堆考驗，而經輻照后的檢查結果表明，組件性能良好，符合設計預期，標志著我國擁有了完全自主知識產權的高性能燃料組件品牌。

“這是國內第一次走完核燃料組件研發全過程，意義重大，為后續核燃料元件持續研發打下了良好的基礎。”李廣長表示。

產權布局

形成完整的燃料組件產品供應能力

當看到不同國家、不同品牌，且為不同型號的核燃料組件時，非專業人士會覺得它們的外形體貌都相差無幾。事實也的確如此，核燃料技術發展到今天，主體特征基本相似，只是在一些細節上有所差別。事實上，核燃料自主研發難度很大，先行者申請了大量技術專利讓本就很小的創新空間越發狹窄。如今想再“孕育”新產品，既要避開專利限制，還要找到一個技術上既有創新點還能滿足功能要求的方案。難度之大，顯而易見。

研發期間，核動力院在消化吸收國外核燃料元件設計的基礎上，結合“八五”以來我國20余年對核燃料的研究成果，在約一年的時間內開展了大量自主創新設計工作，確保了CF系列燃料組件設計方案的最終定型。

在結構設計方面，CF燃料組件采用了多項自主創新設計——選定“管中管”導向管設計，滿足了三代核電技術對核燃料組件的抗震要求；進一步優化了格架外條帶，具有了良好的防鉤掛性能；采用了“空間曲面”下管座設計，使組件具有了更好的防異物功能。

在包殼材料方面，高性能鋯合金的研發同樣難之又難。

包殼材料是核燃料元件的核心之一。國際上，但凡研發出新的核燃料元件，“首秀”就是包殼材料，其性能關乎核電站的安全性和經濟性。CF系列燃料組件研發中，高性能鋯合金的研制是重中之重。核動力院憑借多年在鋯合金研發領域的技術積累和居于國內領先的技術水平，迅速開展自主品牌N36鋯合金的研發。但由于這是我國首次研制滿足商用堆燃料元件技術條件的自主品牌鋯合金管棒材，沒有專業化設施，也沒有專業團隊，自主研發可謂困難重重。

該項目副總設計師、核動力院專家趙文金年逾花甲，多年來始終專注于鋯合金研制。為了確保項目的節點進程，他帶領團隊人員,無論寒冬酷暑常年深入科研生產第一線，針對研發中的各種問題，不斷優化工藝、改進設備，最終解決了N36管棒材研制過程中的熱加工、管材軋制、表面處理、熱處理等關鍵技術。

4年間，CF系列燃料研發可謂是“過關斬將”。而創新研發出的CF系列燃料組件獲得了豐碩的成果——實現結構設計、試驗設計、制造技術以及N36鋯合金成分相關專利88項，形成系統完整的知識產權成果包，完成了國內知識產權布局，使我國形成了具有市場競爭力的、完整的壓水堆燃料組件產品供應能力，同時增強了進入國際市場的競爭實力。其中，CF3燃料組件從設計上滿足三代核電對核燃料的需求，滿足18個月長周期換料的需求等，綜合性能與世界先進水平相當，可以滿足出口和國內核電站需求。

如今，中核集團燃料元件研發仍在不斷優化創新、深入推進。不久前，CF3改進型先導燃料組件設計通過專家評審，標志著該組件的設計基本完成，將轉入制造階段。另外，堆外綜合性能更優的新一代N45系列鋯合金包殼材料通過了評審，相信在不久的將來，我國先進核燃料技術也將走在世界前列。