——記中國百萬千瓦級壓水堆核電站反應堆堆芯設計與燃料管理創新之路

肖岷在核電站控制室

受訪專家：肖岷，博士、研究員級高級工程師，中廣核集團中科華核電技術研究院副總工程師（反應堆工程設計與燃料管理研究中心首任主任），寧德核電站首循環一體化含釓燃料18個月換料項目的開拓者、組織者和創始人，“新世紀百千萬人才工程”國家級專家，從事反應堆堆芯設計與燃料管理研究與實踐20多年，所取得的一系列得到實際應用的重大創新成果和創造的價值得到了核電行業和國家的認可，是我國在該領域作出了重要實際成績的優秀代表人物之一。著有《壓水堆核電站燃料管理燃料制造與燃料運行》等書籍。
核電站的心臟是什么？從事核事業的人都會告訴你：是反應堆堆芯。

因為要實現核電站的長期高效發電和節能減排，先進堆芯設計和燃料管理是關鍵環節之一。

為了打造核電的先進“中國芯”，中廣核20年磨一劍。

經過20多年的引進、消化、吸收和再創新，我國在百萬千瓦級壓水堆核電站的堆芯設計和燃料管理創新與實踐中取得了一系列令國內外矚目的成績：低中子泄漏高富集度堆芯設計、延伸運行、18個月換料、高燃耗1/4換料、首爐一體化含釓燃料18個月換、從AFA-3G到全M5 AFA-3G等。這些創新項目均實現了從概念、理論到工程應用的跨越，持續引領中國百萬千瓦級壓水堆核電站堆芯設計與燃料管理創新和實踐的潮流，步伐與水平國內領先，有的甚至世界第一，且已經在寧德核電站等得到應用，產生了巨大經濟效益和社會效益。

2012年12月，中國百萬千瓦級壓水堆核電站堆芯設計與燃料管理技術的又一個重大創新成果——寧德核電站首爐一體化含釓燃料18個月換料項目啟動物理試驗取得圓滿成功。這成功的背后，有中廣核人灑下的無數汗水和艱辛足跡。

回首過去20多年的創新歷程，中廣核集團中科華核電技術研究院副總工程師、國家級專家肖岷博士作為中國百萬千瓦級壓水堆核電站堆芯設計與燃料管理技術創新與實踐的開拓者與實踐者，體會自有不同，過去的攻艱克難，歷歷浮現眼前。

打造核電先進“中國芯”，體味創新艱難

反應堆堆芯是核電站的心臟。先進的反應堆堆芯設計、堆芯燃料管理及燃料技術的應用是核電站最核心的技術，也是核電站實現可持續發展的關鍵環節，是我國實現核電技術自主化創新必須要解決的首要難題。

核電站堆芯設計及其創新無論在新技術上、核安全上還是政治上都極為敏感復雜，那么中廣核為什么能夠在百萬千瓦級壓水堆核電站堆芯設計與燃料管理領域的研究與實踐中不斷取得重大成果？

這絕非偶然的。在這條中國百萬千瓦級壓水堆核電站創新與實踐之路中，肖岷是其中的典型代表和開拓者。30多年核工業戰線的工作經歷，20多年在中廣核集團堅守堆芯設計與燃料管理崗位，風雨不移。這條創新與實踐之路，仿佛正應證著中國核電在核心技術領域不平凡的發展變遷，那是一條既艱難又卓有成效的創新之路，肖岷曾表示：“這是改革開放與核電事業發展帶來的機遇，能夠參與其中，自己生逢其時，慶哉幸哉。”

從20多年前被派往美國西屋公司系統學習壓水堆堆芯設計、安全分析與燃料管理技術開始，肖岷就清楚地知道，打造核電先進的“中國芯”，是他以及如他一般肩負核電責任之核電人的歷史使命。

在大亞灣核電站于2001年成功實施18個月換料及嶺澳核電站于2007年成功實施先進燃料管理（高燃耗1/4換料）等一系列創新改進項目以后，中國百萬千瓦級壓水堆核電站的堆芯設計與燃料管理改進開始轉向新建的改進型壓水堆核電站。

據了解，在寧德核電站之前，我國的商用百萬千瓦壓水堆核電站首爐堆芯設計幾乎都是翻版設計，采用分離式硼玻璃可燃毒物組件，產生大量的高放廢物，且是12個月換料。

為了節能減排和高效發電，能否按照三代核電的要求在新建的百萬千瓦級壓水堆核電站首爐就實施18個月換料？

由于世界上沒有先例，能否實現這個設想是擺在中國核電人面前前所未有的挑戰。肖岷是寧德核電站首爐18個月換料項目的策劃者、發起人和組織者。早在寧德核電站工程策劃階段的2005年，肖岷就認真、急迫思考這一問題并策劃設計論證和工程解決方案，寧德核電站首爐含釓一體化含釓燃料18個月換料的構想由此開始。

但是，2006年的時候，寧德核電站項目已經按翻版設計（12個月換料）與某單位簽訂了合同并安排了工程設計，首爐一體化含釓燃料18個月換料自主創新與實踐本來已經失去了機會。這也就意味著中廣核乃至中國，將失去在新建的自主設計的改進型百萬千瓦級壓水堆核電站中實施先進堆芯設計和燃料管理自主創新的良機，而當時中科華核電技術研究院還未成立……

想在這種情況下扭轉局面，其技術難度與組織難度可想而知。要么根本不可能扭轉局面，要么即使扭轉局面也存在很大困難和風險。由于國內外沒有現成的參考設計，若處理不好，有可能危及設計進度，影響項目的安全審評進度甚至造成工程進度延誤。然而機不可失、時不我待，基于對首爐18個月換料對于節能減排重大意義的深刻理解，基于大亞灣、嶺澳等核電站實施先進燃料管理的成功實踐經驗和工程判斷，經過充分的可行性分析，寧德核電站是自主設計并實施首爐一體化含釓燃料18個月換料千載良機的信念和使命感在肖岷心中始終沒有動搖。

然而，來自各方面的壓力甚至阻力使得這一想法的實現異常艱難。由于12個月換料的翻版設計合同已經存在，相關設計已經開展，若要實施寧德首爐18個月換料還要變更已有的核島設計合同并另外花大價錢重新設計。在核電工程的中途改變核島堆芯設計的設計基礎和工程方案，這在中國的核電工程設計和建設史上絕無僅有。

功夫不負有心人，在集團公司大力支持下，工程公司、寧德業主公司及剛剛成立的中科華核電技術研究院通力協調配合，經過肖岷及其所帶領的反應堆設計與燃料管理團隊的不懈努力，攻艱克難，成功實現了寧德核電站首爐堆芯設計工程方案的大逆轉。最終在寧德核電站工程建設進展的關鍵時刻由中廣核自主設計的首爐一體化含釓燃料18個月換料項目取代了原簽約項目，并得到各方面認可。

灑下汗水，實果終于結出來

2008年，寧德首爐18個月換料項目正式啟動。作為反應堆工程設計與燃料管理研究中心首任主任的肖岷帶領團隊在時間緊迫的情況下克服了難以想象的困難，完成了所有的分析論證和新文件體系的建立。

2012年，我國百萬千瓦級核電站堆芯設計核心領域的又一重大科技創新成果得到國家批準并投入工程應用：寧德核電站首爐一體化含釓燃料18個月換料項目在2012年3月獲得國家核安全局批準之后， 2012年10月初寧德1號機組首爐裝料成功，當年11月24日成功臨界，當年12月啟動物理試驗取得圓滿成功，寧德首爐18個月換料堆芯設計得到了全面檢驗。中國百萬千萬級壓水堆核電站的首爐堆芯設計與燃料管理創新與工程實踐的歷史由此翻開了新的一頁。

據介紹，“中國壓水堆核電站百萬千瓦機組首循環堆芯裝載方法”“中國壓水堆核電站百萬千瓦機組18個月換料方法”等獲得國家知識產權局發明專利授權。這些創新成果與發明的意義在于首次將一體化含釓可燃毒物燃料用于百萬千瓦級核電機組的首循環18個月換料堆芯裝載，將大大增強核反應堆的反應性控制能力，提高機組安全性能和發電能力，低中子泄漏裝料設計提高核燃料效率并延長反應堆壽命，減少高放射性廢物，有利于環境保護，是節能減排和增效的重大舉措。該發明專利是百萬千瓦壓水堆核電站首爐堆芯設計的重大創新的又一個突出標志。

此外，寧德核電站是世界上首例在首爐采用一體化含釓可燃毒物燃料18個月換料的商用壓水堆核電站。因此，寧德核電站從建成時刻起就具備了既高效發電又節能減排的措施和能力。國家核安全局專家委員會的有關專家對此給予了高度評價。該設計已經成為后續百萬千瓦級壓水堆核電站首爐18個月換料的樣板和參考設計。中國百萬千瓦級壓水堆核電站的先進堆芯設計與燃料管理已早于三代核電站投入應用。法國設計的三代歐洲先進壓水堆核電站EPR首爐也采用一體化含釓燃料18個月換料。芬蘭、法國和中國臺山的EPR都還在建設之中。

寧德首爐一體化含釓燃料18個月換料項目這一核電核心技術的工程創舉不但改寫了寧德核電站初始堆芯設計的歷史，而且開創了中國百萬千瓦級壓水堆核電站自主化先進堆芯設計和燃料管理實踐的歷史和新格局。這一創新之舉獲得成功，也使肖岷成為百萬千萬級壓水堆核電站首爐一體化含釓燃料18個月換料創新與工程實踐的開拓者和創始人。

成功，源于理論與實踐的結合

寧德核電站首爐18個月換料項目艱難的成功“故事”只是中廣核若干重大堆芯設計與燃料管理創新與實踐項目的一個縮影。該項目的成功得益于有中廣核堆芯設計創新和實踐的長期積累、技術創新與實際應用緊密結合的傳統以及領導的大力支持和正確決策。

作為反應堆設計與燃料管理團隊代表人物的肖岷，能夠長期在如此復雜、具有如此先進水平的技術和項目中游刃有余，這絕非偶然，而是來自于他們數十年如一日的勤奮與堅持，來自于20年多年前把在美國西屋公司系統性學習和掌握的先進壓水堆堆芯設計、安全分析和燃料管理等先進技術帶回中國，來自于20多年來在堆芯設計與燃料管理創新項目實踐經驗的積累，以及打造培養了一支優秀的堆芯設計隊伍。

20多年來中廣核在百萬千萬級壓水堆核電站堆芯設計與燃料管理方面的創新始終與實踐應用緊密結合，有關項目獲得了國防科技成果一、二、三等獎，中國核工業科技成果一等獎，中廣核科技成果一、二等獎，中國電力科技二等獎等多項（次）獎勵，并取得一批堆芯與燃料設計的重要發明專利。

未來，機遇與挑戰并存

盡管取得這么多成果，但肖岷依然感覺未來任重道遠。他說，未來相當長的時間內，我國將有幾十座在運的百萬千瓦級壓水堆核電站，確保這些核電站的安全運行并不斷改進、提升其性能使之滿足新的安全標準，是重要而艱巨的任務和社會責任，也是福島事故后國內外的關注焦點。中國的百萬千瓦級核電站還要運行40—60年，甚至更長。要保證這些核電站長期、安全和經濟運行并不斷提升性能和業績絕非易事，其中必然充滿挑戰，但也正是技術創新的用武之地和市場機會之所在。這種理解實實在在，讓我們看到了他對中國核電未來的理解和責任感。

中國百萬千瓦級壓水堆核電站堆芯設計與燃料管理創新與實踐走出了一條獨立自主的成功道路，20多年來的艱難創新足跡和成功實踐是中國核電事業發展過程中核心科技創新的重要縮影，將載入史冊。作為20多年來該領域創新與實踐的成功實踐者和學科帶頭人的肖岷，就像一粒原子，一如他20多年來所從事的堆芯設計與燃料管理事業，始終在不斷創新與成功實踐中高速旋轉，迸發著巨大的能量和效益，并將繼續為核電的安全運行、高效發電、節能減排和可持續發展作出新的貢獻。