5日從中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)北方核燃料元件有限公司(簡(jiǎn)稱“中核北方”)獲悉，該公司“高溫氣冷堆核電站示范工程燃料元件生產(chǎn)線工藝優(yōu)化和自動(dòng)化改造”項(xiàng)目順利實(shí)施，為國(guó)家科技重大專項(xiàng)“高溫氣冷堆核電站示范工程燃料元件生產(chǎn)線建設(shè)”的項(xiàng)目建設(shè)提供了重要技術(shù)支撐。

球形核燃料元件成品球（中核北方供圖）

核燃料原件是核反應(yīng)堆內(nèi)以核燃料作為主要成分的結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的最小構(gòu)件，是核燃料產(chǎn)業(yè)的最終產(chǎn)品，核電站的能量源泉，也是核反應(yīng)堆的核心部件。

中核北方此次的生產(chǎn)線工藝優(yōu)化和自動(dòng)化改造項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)年產(chǎn)30萬個(gè)球形燃料元件的制造能力，并提升了高溫氣冷堆球形燃料元件制造批量化、規(guī)?；夹g(shù)水平，完善了球形燃料元件制造的工程化能力，將為高溫氣冷堆示范工程的順利實(shí)施和穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的核心技術(shù)保障。

“本項(xiàng)目對(duì)全球首條具有工業(yè)化規(guī)模的球形燃料元件生產(chǎn)線建設(shè)運(yùn)行起到了有益的補(bǔ)充，推進(jìn)高溫氣冷堆燃料元件制造技術(shù)和生產(chǎn)線的工程化具有重要意義。” 中核北方副總經(jīng)理張杰介紹。

球形核燃料元件制備，是指將穿衣后的包覆顆粒與基體石墨粉均勻混合后經(jīng)壓制、低溫碳化、車削、高溫純化等工藝制造出成品球形燃料元件的過程。

在未經(jīng)優(yōu)化的制備工藝下，燃料球在低溫碳化過程中，酚醛樹脂發(fā)生碳化，分解為小分子有機(jī)物和樹脂炭，由于炭化和氣體釋放的不均勻，容易造成炭化后燃料球開裂無法發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部缺陷而導(dǎo)致壓碎強(qiáng)度降低。因此，燃料球制備調(diào)試主要技術(shù)難題是減少燃料球的開裂現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程的精準(zhǔn)控制，提升燃料球成品率。

張杰介紹，高溫氣冷堆球形燃料元件主要由二氧化鈾(UO2)為核芯的包覆顆粒及基體石墨粉組成。該項(xiàng)目開展的生產(chǎn)線工藝優(yōu)化主要是針對(duì)UO2核芯顆粒制備、包覆燃料顆粒制備、基體石墨粉制造、燃料球壓制和熱處理等工藝的優(yōu)化改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)二氧化鈾核芯產(chǎn)品、包覆燃料顆粒產(chǎn)品及燃料球產(chǎn)品合格率的穩(wěn)步提升。同時(shí)，通過包覆顆粒各層厚度快速檢測(cè)裝置、包覆顆粒各層密度自動(dòng)滴定裝置的研制，實(shí)現(xiàn)圖像采集、精確測(cè)量與數(shù)據(jù)分析、管理、輸出一體化的功能，顯著提高了檢測(cè)效率。

據(jù)了解，該項(xiàng)目通過開展高溫氣冷堆球形燃料元件核芯顆粒制備、包覆顆粒制備、燃料球制備及基體石墨粉制備工藝優(yōu)化改進(jìn)，在已完成核芯燒結(jié)自動(dòng)上下料、燃料球壓制自動(dòng)上下料和車削自動(dòng)識(shí)別上料等自動(dòng)化裝置改造的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行了包覆區(qū)、燃料球成型區(qū)和車削區(qū)的自動(dòng)除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造，以及燃料球全自動(dòng)化包裝裝置的設(shè)計(jì)和改造。自動(dòng)化改進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施，解決了工程化應(yīng)用過程中出現(xiàn)的效率、銜接和質(zhì)量穩(wěn)定問題，優(yōu)化工藝流程，全面提升生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，降低人為因素影響，建立穩(wěn)定的產(chǎn)品生產(chǎn)線，進(jìn)一步提高了燃料元件制造成品率和生產(chǎn)效率。