與“核”打交道的人

中核北方核燃料元件有限公司(以下簡稱“二○二廠”)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市。目前我國大陸有47臺在運核電機組，而為核電站提供核燃料元件的生產(chǎn)廠全國只有兩家，二○二廠就是其中之一。

二○二廠成立于1958年，曾為國家“兩彈一艇”和核電事業(yè)做出過重要貢獻(xiàn)，是我國首座核燃料元件廠。現(xiàn)如今，這里已發(fā)展成為中國核燃料元件種類最多、技術(shù)路線最全的生產(chǎn)供應(yīng)商，擁有重水堆、壓水堆、AP1000和高溫氣冷堆等多條核電燃料元件生產(chǎn)線。

坐落于包頭市青山區(qū)的二○二廠，外界對它的印象是：防護(hù)嚴(yán)密、等級森嚴(yán)。據(jù)包頭人講，從前，當(dāng)?shù)厝顺鲇趯?ldquo;核”的恐懼和對核燃料元件生產(chǎn)的不了解，擔(dān)心核輻射，一般都不愿意到二○二廠周邊買房。

然而，當(dāng)我們在盛夏時節(jié)走進(jìn)廠區(qū)卻發(fā)現(xiàn)，廠區(qū)內(nèi)綠樹掩映，鮮花盛開，空氣清新，核燃料元件生產(chǎn)線設(shè)于一棟棟現(xiàn)代化小樓內(nèi)，更像是一家科研單位。

進(jìn)入核燃料元件生產(chǎn)車間，一線工作人員只穿著一件普通工作服。“核燃料元件在制備過程中，就像剛開采出的原煤，并沒有發(fā)生裂變反應(yīng)，屬于弱放射性物質(zhì)。”二○二廠壓水堆核燃料元件生產(chǎn)線負(fù)責(zé)人楊光宇解釋說：“一張薄薄的紙就能擋住物料釋放的α射線，沒必要穿輻射防護(hù)服。”

盡管如此，為盡可能減少工作人員直接接觸生產(chǎn)物料的次數(shù)，生產(chǎn)車間采用自動化流水線，從原料提純到加工生產(chǎn)出成品，全部由機械設(shè)備完成。偌大的車間，只看見兩三個工作人員，實現(xiàn)了安全和效率的最大化。

記者發(fā)現(xiàn)，每名生產(chǎn)人員的胸前都佩戴著一個U盤型的配飾。楊光宇說，這是他們的“護(hù)身符”，叫作輻射計量器。輻射計量器內(nèi)含有特殊晶體，可以吸收物料所散發(fā)出來的各類射線，從而確定生產(chǎn)人員所接受的輻射劑量是否超標(biāo)。

根據(jù)測算，即使在核燃料元件廠工作一年，工作人員受到的有效輻射劑量也僅相當(dāng)于做1次X光透視。一線生產(chǎn)工人開玩笑說：“比起貼滿大理石的豪華裝修房，生產(chǎn)車間內(nèi)的輻射量要低得多。”

核燃料元件廠排向環(huán)境中的放射性物質(zhì)更少，輻射劑量僅為0.01m Sv(毫希弗，輻射單位)，相當(dāng)于每人每年所受天然輻射量的0.24%，基本可以忽略不計。“二○二廠全部采用密閉廠房，而且是負(fù)壓設(shè)計，只能讓外部空氣進(jìn)，廠房內(nèi)的空氣卻出不去。”楊光宇說。

由于安全性高、核輻射低，核燃料元件廠不會影響人們在其周邊生活，德國、法國、荷蘭的核燃料元件廠都在市區(qū)內(nèi)，二○二廠也位于包頭市青山區(qū)。近年來，隨著人們對“核”和平應(yīng)用的進(jìn)一步了解，二○二廠已不再是居民購房的“禁區(qū)”，周邊居民樓林立，學(xué)校、醫(yī)院、商業(yè)街等一應(yīng)俱全，廣場上有跳舞的、打牌的、遛狗的，充滿了生活氣息。

徒手能拿的“核煤球”

“把核電站比作一臺鍋爐，核燃料元件就像‘蜂窩煤’，我們廠就是生產(chǎn)‘蜂窩煤’的。” 二○二廠黨委副書記常甲辰說，二○二廠擁有各種堆型的核燃料元件制造能力，能為核電站供應(yīng)多種“蜂窩煤”。

核燃料球是“蜂窩煤”中最特殊的一種。這種在二○二廠的高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)車間生產(chǎn)出的新型核燃料元件，不同于以往的柱狀造型，而是一種黑乎乎的圓形球體。

二○二廠高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線負(fù)責(zé)人劉逸波介紹，這條高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線，是全球第一條具有第四代核技術(shù)特征的工業(yè)化規(guī)模燃料元件生產(chǎn)線，承載了清華大學(xué)30多年的研究成果，具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)。該生產(chǎn)線于2016年8月正式生產(chǎn)，年產(chǎn)30萬個核燃料球。

劉逸波展示著手中的核燃料球說，這種核燃料元件的輻射量很小，是很安全的。“一顆臺球大小的燃料球，直徑6cm，重量200克，內(nèi)含7g核燃料，個頭不大，但能量巨大。”他介紹說，一顆核燃料球完全反應(yīng)釋放的能量相當(dāng)于1.5噸標(biāo)準(zhǔn)煤，四顆這樣的“核煤球”就夠一個三口之家的冬季取暖了。

劉逸波介紹，每個核燃料球內(nèi)，有大約12000個圓珠筆尖大小的顆粒，這就是整個元件最核心的部分——二氧化鈾核芯。為了阻止裂變產(chǎn)物的泄露，每個二氧化鈾顆粒身上有4層包覆材料，最內(nèi)層是疏松熱解碳層，負(fù)責(zé)吸收氣態(tài)的核反應(yīng)產(chǎn)物和緩解應(yīng)力，其外有兩層致密熱解碳層和一層碳化硅層。

這是目前最先進(jìn)的包覆方式。劉逸波說：“相當(dāng)于給內(nèi)部核燃料及產(chǎn)物穿上陶瓷‘鎧甲’，使得核燃料球能夠在1800℃、450個小時的連續(xù)高溫考驗下，保持完好，無破損，有效防止放射性物質(zhì)泄漏。”

最終包覆顆粒的粒徑達(dá)到0.92mm。接下來，是把無數(shù)的微小顆粒壓制成燃料球。但直接壓制，容易造成顆粒破裂，因此，壓制前要給顆粒“穿衣”，即包裹上一層石墨粉。記者看到，“穿衣”的過程就像滾元宵，包覆顆粒在容器內(nèi)反復(fù)翻動，直至在表面均勻地包裹一定厚度的石墨粉。

“穿衣”后的包覆顆粒和基體石墨粉被注入模具，經(jīng)過預(yù)壓成為直徑5cm的芯球。之后，其外要再包裹一層5mm厚的石墨球殼，最終成形為直徑6cm的燃料球。這層石墨球殼被稱作“無燃料區(qū)”，是阻止核芯放射性物質(zhì)泄漏的又一道屏障。

經(jīng)過一系列工藝加工，核燃料球可以經(jīng)受4米高度跌落1800多次，遠(yuǎn)大于50次的技術(shù)指標(biāo)要求，保證了內(nèi)部核燃料的可靠密封。

截至目前，二○二廠已生產(chǎn)出60多萬個合格的球形核燃料元件。劉逸波表示，這些核燃料球?qū)⑺偷轿挥谏綎|省的榮成石島灣核電站高溫氣冷堆示范工程，它是全球首座工業(yè)示范第四代核電站，預(yù)計今年建成投產(chǎn)。