5日從中國核工業(yè)集團(tuán)北方核燃料元件有限公司(簡稱“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)化和自動化改造”項(xiàng)目順利實(shí)施，為國家科技重大專項(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)化和自動化改造項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了我國年產(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)模化技術(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裝置、包覆顆粒各層密度自動滴定裝置的研制，實(shí)現(xiàn)圖像采集、精確測量與數(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)自動上下料、燃料球壓制自動上下料和車削自動識別上料等自動化裝置改造的基礎(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)的自動除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造，以及燃料球全自動化包裝裝置的設(shè)計(jì)和改造。自動化改進(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。