如何推動核燃料組件高質量發展？
【谷騰環保網訊】黨的二十大報告提出“積極安全有序發展核電”，預計到2030年，我國核電機組規模有望成為世界第一。核燃料組件是核電站的核心部件，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。為此，調研組圍繞推動核燃料組件高質量發展這一課題進行了調查研究。
基本情況
本次調研采用現場調研、文件調研與人員訪談相結合的方式，涵蓋設計、制造、銷售、使用單位共計33家。6月7日—10日，赴中國核電工程有限公司、國核鈾業發展有限責任公司和中核北方核燃料元件有限公司開展現場調研，與相關管理人員、技術人員進行廣泛深入交流。
中國核工業集團有限公司（以下簡稱中核集團）、中國廣核集團有限公司（以下簡稱中廣核集團）、國家電力投資集團有限公司（以下簡稱國電投集團）等結合各自技術路線開展了核燃料組件的設計研發工作。中核建中核燃料元件有限公司和中核北方核燃料元件有限公司提供了我國壓水堆、重水堆、高溫氣冷堆核電機組的全部核燃料組件。
（一）核燃料組件質量管理與監管情況
設計、制造、使用單位均建立了符合核安全法律法規的質量保證體系并有效運轉。設計單位通過與制造單位的設計交底、工藝鑒定、重要環節監督等手段加強質量管理；制造方主要通過原材料驗收、工藝過程控制和成品驗收等手段進行質量管控；使用單位主要通過駐廠監造、入場驗收、一回路放射性監測、啜吸試驗等手段進行質量管理。
國家核安全局依據有關法律法規，對核燃料組件的設計、制造、運輸、運行進行全過程監管。
（二）核燃料組件自主化情況
隨著我國核電事業的不斷發展壯大，我國核燃料技術經歷了從無到有、從引進消化吸收到自主研發的歷程。
中核集團、中廣核集團和國電投集團持續開展核燃料組件的自主化工作。中核集團研發了CF系列核燃料組件，支撐華龍一號核電機組對高性能燃料的需求；中廣核集團開展了STEP系列核燃料組件的研制；國電投集團研發了適用于AP1000、國和一號等核電機組的核燃料組件。
（三）先進核燃料組件技術研發情況
壓水堆核燃料組件的發展總體上在朝著提高燃耗、延長換料周期、提高安全裕度和可靠性等方向持續改進和發展，核事故耐受燃料（Accident Tolerant Fuel，ATF）是重點突破方向。
ATF燃料是美國能源部最先提出的一種新型核燃料，旨在通過開發新型包殼管和設計新型燃料芯塊，提高核電廠的安全性能、燃料使用效率并降低運營成本。在堆芯失冷的嚴重事故工況下，可有效減緩鋯水反應，降低甚至消除氫爆風險；在正常工況下，增強包殼管耐磨損、耐腐蝕能力和降低吸氫，延長包殼管壽命。此外，還可提高鈾使用率，延長換料周期，提高核電廠的成本競爭力。ATF燃料已成為世界核能科技創新的熱點，美、法、俄等國競相研發。
在國家能源重大專項支持下，中核集團、中廣核集團、國電投集團等企業及部分高校組建了一支國家級隊伍，開展ATF燃料的開發。中核集團研制的ATF燃料先導棒組件已在福清核電完成第一燃料循環考驗；中廣核集團研制的包覆強化涂層的ATF燃料先導棒組件，在完成研究堆堆內試驗的基礎上，已向國家核安全局申請在陽江核電廠進行入堆考驗；國電投集團的ATF燃料項目也在快速推進。
存在的主要問題
近期，核燃料組件質量問題影響個別核電廠運行穩定的情況時有發生，國際形勢變化導致部分堆型核燃料組件核心技術受制于人的局面逐漸顯現，提升核電廠固有安全性的先進核燃料組件技術規模化應用稍顯滯后，主要存在以下問題。
（一）核電廠運行過程中核燃料組件破損時有發生，但破損機理研究不夠深入
目前核燃料組件破損定性歸類為設計原因、制造缺陷、使用原因等，但破損機理研究不夠深入。一是破損原因分析能力不足，目前國內普遍通過啜漏檢查、高清視頻檢查和超聲檢查等對核燃料進行檢查，手段相對局限，沒有采用國際上現行最有效的熱室檢查。二是破損原因分析的動力不足，出于經濟性等考慮，國內核電廠大都將破損核燃料組件放入乏燃料水池，不再回堆使用，鮮有將破損核燃料組件送往熱室進行檢查的情況。
（二）國際形勢變化，個別核電廠核燃料組件供應存在“卡脖子”風險
當前美方鼓吹“脫鉤斷鏈”，反復炒作“中國核威脅論”，威脅要對中國采取措施。個別堆型核燃料組件國產化已取得一定成果，但重要零部件，如格架、管座等，仍依賴進口，相關單位研制的國產核燃料組件尚未入堆檢驗。受當前錯綜復雜的國際局勢影響，核燃料組件的重要零部件面臨斷供風險。
在自主可控技術方面，部分核燃料組件生產工藝裝備及其關鍵元器件仍然受制于人，如格架自動焊接裝置等自動化設備，高溫燒結爐等大型設備，電子束焊、激光焊等先進焊接裝備的關鍵部件，超聲波、X光射線等關鍵無損檢測設備及其關鍵部件等，未能實現完全自主可控，或者性能與進口產品存在較大差距。
（三）部門壁壘嚴重，研發設計沒有形成合力
中核集團、中廣核集團和國電投集團3家單位均獨立開展自主化核燃料組件和ATF燃料等研發、設計與商業應用推進工作，但沒有統一的流程與完善的標準，相互之間也缺少共享與交流，不利于研發資源和成果高效集約化利用，也對核安全監督和審評工作帶來挑戰。
（四）基礎研究薄弱，沒有形成核燃料組件有關數據庫
當前，核燃料組件領域開展基礎科研的人才隊伍和專用設施等尚存短板，對堆芯物理、熱工水力、材料性能等關鍵基礎研究投入資源較少，核燃料組件包括關鍵材料的考驗不多，系統性科研成果較少。核燃料組件有關的性能數據沒有形成系統、深入、完整的數據庫，不能為研發和核安全監管提供強有力支撐。
對策建議
（一）加強政策支持，推動國產化替代和先進核燃料組件技術應用
統籌發展和安全，為核燃料組件技術發展提供適宜的政策環境，在保證運行安全的前提下，大力支持自主核燃料組件技術發展，切實解決“卡脖子”問題。跟蹤世界先進核燃料組件技術發展趨勢，對新型核燃料組件考驗試驗予以包容監管，明確新型核燃料組件入堆的整體規劃、技術細節與安全審評要求，加快ATF燃料等先進核燃料技術的規模化應用，提升核電廠固有安全性。
（二）發揮新型舉國體制優勢，統籌核燃料組件領域科技研發支撐
國家核安全局參與制定國家核燃料組件研究中長期規劃，增加核安全監督和審評要素，推動建立全國一盤棋的研發基礎設施體系，部署開展相關的技術研發及工程應用，打通產學研用瓶頸，提升我國在未來先進核燃料技術方面的整體競爭力和技術水平。建立國家核燃料組件重點科技專項，形成政府引導、企業主導、全行業協同的技術創新投入機制，長期穩定支持國內優勢院校開展核燃料組件有關的基礎研究，特別關注物理性能、材料特性等基礎試驗研究，解決基礎研究弱、原始創新少等“阿喀琉斯之踵”。
（三）加強經驗反饋和數據庫建設，推動建立自主化標準體系
建立統一的經驗反饋平臺，針對運行核電廠核燃料組件破損問題，查找根本原因，提出針對性的解決措施，做好向設計、制造環節的經驗反饋，持續提升核燃料組件質量，促進核電廠安全穩定運行。加強核燃料組件運行、堆芯計算、材料入堆考驗等試驗數據積累，建設核燃料組件數據庫，為研發和監督審評決策提供支撐。推動建立核燃料組件的中國標準體系，結合我國工業基礎和研究現狀，在對關鍵性能指標開展必要的試驗研究和驗證基礎上，加快建設一套自主、統一、協調、先進的標準體系，充分發揮標準的規范、引領和支撐作用，推動核燃料技術進步。
（四）提升監督能力，加強對設計、制造和運行環節的全過程監管
國家核安全局明確對核燃料組件質量的監管職責，建立設計制造運行環節的監督程序文件，規范監管工作。加強監督員業務培訓工作，提升現場監管能力。推動組建第三方獨立檢測機構，委托開展核燃料組件重要部件和材料的性能抽檢復驗。壓實設計、制造、銷售及營運單位對核燃料組件質量的主體責任，督促其加強質量管控。
作者系生態環境部黨校2023年春季學期處級干部進修班學員
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