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在熱播劇《許你萬家燈火》中，為減少內耗，葉家明主動放棄與許濟山的總師競爭，申請去了材料所，把時間和精力用到更值得的攻克技術難關的地方。在餐廳里找靈感，在實驗室里日日夜夜做實驗，從克服資金缺乏、研發瓶頸，到取得重要突破，跌宕起伏的劇情讓觀眾感受到技術研發背后的不易。但事實上材料所的故事僅僅只是中國自主核燃料研發的一個縮影，真正的研發之路更加曲折漫長……

啟程：迎難而上

核燃料組件是核電站的核心部件，是核電的能量源泉，被稱為反應堆“心臟”，對核電站的安全性、經濟性和可靠性都有著至關重要的作用。這顆“心臟”研發是一個復雜而漫長的過程，從概念設計到商業應用需要數十年的沉淀。

為此，中國核動力研究設計院CF燃料研發團隊十年磨一劍，成功研制出了我國首個具有完全自主知識產權的CF3燃料組件。

CF是“Chinese Fuel”的縮寫，代表了中國人自己的燃料品牌。

但CF研發之路從一開始便充滿荊棘：一方面由于我國核電燃料研發起步晚，在設計、實驗各方面與國際核強國存在較大差距；另一方面，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，無論是核心技術、原材料，還是關鍵部件供應都嚴重依賴于進口。

沒有自主知識產權，就要受制于人。

2008年，在大亞灣核電站AFA3G燃料組件會議上，法方代表說：“我們舊格架庫存量那么大，落后產品不賣給你們中國還能給誰？”

這段經歷一直深深印刻在中核集團燃料首席專家、CF專項總設計師焦擁軍的腦海里，“他們傲慢的神情，我至今不曾忘記。”他暗暗下定決心，一定要研制出屬于中國自己的核燃料組件。

為了打通核燃料這個關卡，2010年，中核集團啟動了大型商用核電站自主化壓水堆燃料元件研發，并將“CF系列燃料（壓水堆燃料元件設計制造技術）”列為集團首批科技重點專項之一。

CF系列燃料承載的自主創新的核能夢正式起航，從包殼材料到組件設計，具有完全自主知識產權核電燃料研發進入了快車道。

突破：自主創新

要問項目最大困難是什么？

——那必然是專利壁壘。

以起到燃料組件支撐作用的下管座為例，像法國阿海琺這樣的國際燃料巨頭，早已通過多年的研究，將下管座相關設計方案都申請了專利。換句話說，國外核電強國在燃料組件上對我國形成了全范圍、立體式的知識產權封鎖。

“想要突破國外專利和技術轉讓協議的限制，就必須完全創新設計。”CF燃料研發人員說，“雖然下管座僅有普通快遞盒般大小，但它作用卻很大，既要固定燃料組件，同時還要起到過濾堆芯異物的作用。”

如何在高度為幾厘米的空間內實現滿足使用需求，且為完全自主創新的設計，研發團隊感受到了前所未有的巨大壓力。

設計的靈感往往就來源于生活。

在一個平常的早晨，研發人員吃早餐時，放置餐盤的置物架吸引了他的注意：餐盤的形狀與置物架擺放所形成的間隙產生了一個空間曲面通道，如果將這樣的結構對應在下管座上，正好可以成為過濾一回路中異物的“克星”！

在餐盤靈感的指引下，研發團隊創新性的設計了空間曲面下管座，其異物過濾效率相比AFA3G提升12%，并額外具備30%的異物捕捉能力。這一設計在后續的堆外試驗、堆內考驗中，表現出可靠的過濾性能，技術先進性得到了行業內的廣泛認可，由此申請的發明專利《一種具有過濾異物功能的下管座》也成功斬獲中國發明專利獎。

關鍵技術的研發是一場沒有硝煙的戰爭。這一點在CF燃料組件包殼材料鋯合金的研發上也體現得非常明顯。

作為核電廠防止放射性物質泄漏的第一道安全屏障，核燃料組件包殼管是CF燃料研發項目中的重中之重。

“想要研制出自主知識產權的包殼管，關鍵就在于它所使用的材料，而之前這在國內還屬于技術空白。”鋯合金材料研發項目總負責人趙文金介紹。

為了填這項補空白，研發出中國自己的包殼材料，核動力院人用了36年的時間，突破了N36管棒材研制過程中的一項項關鍵技術，讓我國成功掌握了完全自主知識產權的高性能鋯合金包殼材料研制技術。

任何設計也都離不開試驗的驗證。堆外試驗是CF燃料研發必經“戰場”。

在CF燃料組件定位格架的臨界熱流密度試驗中，研發團隊就遭遇了“冷棒臨界”這一世界難題。

“按照試驗設計，在5x5排列的燃料組件中，位于中間的3x3的9根熱棒應該先達到臨界，但試驗過程中，處于外圍的16根冷棒卻先觸發了臨界。”CF核燃料臨界熱流密度試驗團隊負責人郎雪梅說，這意味著試驗數據不是有效的，無法對組件的臨界熱流密度性能做出準確評估。

為了啃下這塊硬骨頭，科研人員像中了魔咒一般，一遍遍的計算，一次次的模擬，最終提出了8種格架設計的建議方案，并通過進一步計算選取2種最佳的方案進行實驗。

2015年8月15日，當顯示器上曲線走勢符合實驗預期，宣告了困擾整個團隊近3年的冷棒臨界問題得到了徹底的解決，中國成為了世界上掌握此項技術的少數國家之一。

通過此項試驗，也充分驗證了CF格架優異性，熱工性能比國際先進的AFA3G燃料組件格架提升了5%。

“CF組件作為我國具有自主知識產權的核燃料組件，代表國家高科技發展水平，到國際市場爭取份額，搶蛋糕，必須要有高品質高要求。”焦擁軍說。

正是這樣的目標，CF燃料團隊通力合作、集智攻關，攻克了關鍵技術瓶頸，收獲了50余項核心專利，創造了多個國內“第一”，填補了我國核燃料元件設計制造的空白，榮獲了國防科技進步一等獎、二等獎等。

跨越：奮發前行

燃料組件的研發都是以入堆輻照考驗作為驗證。

2012年6月，N36特征化燃料組件入堆考驗。

2014年7月，CF3先導組件入堆考驗。

2019年3月，CF3燃料組件順利完成了3個長循環輻照考驗。

真金不怕火煉。經輻照后和池邊檢查的結果表明，CF3燃料組件性能良好，符合設計預期。這標志著我國全面掌握高性能核燃料研制技術，形成完整的具有國際市場競爭力的自主燃料體系和產品供應能力，并進入產業化應用階段。

CF3燃料組件的研制成功，真正使得國內擺脫了無自主知識產權燃料品牌的困境，打破了國外的技術限制和原材料供應限制，為我國自主化三代核電“華龍一號”等核電技術順利出口提供了重要支持，實現了我國核電燃料組件研發的跨越式發展。

“中國作為一個核電大國，必須要有自己的核燃料組件，它是反應堆的核心，我們一定要研制出最好的中國‘芯’，把命運掌握在自己手里。”回首過往，焦擁軍不曾忘記初心。而CF3也如他所期待的那樣，指標達到了世界先進水平。

只有始終堅持把核心技術掌握在自己手中，才能真正掌握競爭力和發展的主動權。

現如今，更先進的燃料組件正不斷優化創新、深入推進。全新的CF4燃料組件已嶄露頭角，它所使用的新一代鋯合金N45，也即將進入新的研發階段，向全球領先水平進發。

實現我國核電強國夢，CF燃料研發團隊奮進正當時。

未來，他們將繼續為保障我國核能源安全，為我國先進核燃料技術走在世界前列貢獻力量！