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我國首座核燃料元件廠:始終將核心技術掌握在手中
文章來源:中核北方核燃料元件有限公司 日期:2019年08月27日

  大青山,屬陰山山脈,東西長240多公里, 南北寬20至60公里,內蒙古包頭就坐落其中。1958年,我國第一座核燃料元件廠——中核北方核燃料元件有限公司(202廠)就在這里孕育,被賦予了保障國家國防建設和核材料需求的神圣使命,為“兩彈一艇”和核電事業作出了不可磨滅的貢獻。

  時至今日,這里成為我國當前核燃料元件種類最多的生產商、供應商、服務商,發展成為我國核電燃料元件研制技術路線最全,擁有多條核電燃料元件生產線的核燃料元件廠。

  大青山下立初心

  1956年,新中國決定興建核燃料元件廠。1957年初,選廠委員會在內蒙古自治區包頭市郊選定了廠址。1958年5月31日,鄧小平同志親自批準了該廠的建設。1958年初,從全國各地抽調一批管理干部和技術干部陸續到達包頭,并成為建廠初期的骨干力量。1958年10月16日,我國第一座元件廠工程建設正式開始。

  1959年10月15日,周恩來總理在包頭期間,接見第一任廠長張誠時指示說,要大膽而又扎扎實實地工作,把原子能事業搞上去。“把原子能事業搞上去”這不僅僅是對中核北方的囑托,更是對當時我國整個原子能事業的囑托。

  黨中央對二〇二廠的建設高度重視,選派國內名牌大學和回國留學生中最好的人才到這里,其中包括留蘇博士、劉少奇的長子劉允斌,留蘇學者、前國家副主席烏蘭夫的次子烏杰。然而,迎接第一批建設者們的只是“一口深不見底的老井,生滿枯黃的沙蒿,兩段不知毀于何時的殘垣斷壁”。

  “從蘇聯莫斯科鋼鐵學院畢業后回來,聽說要我去原子能行業,搞原子能!一聽我這個高興啊,搞原子能啊!非常高興。但是等到了包頭以后,一看,那個時候什么也沒有,非常的荒涼,不像現在,咱們包頭是宜居城市。”第一批來到中核北方、原廠長87歲高齡的安純祥回憶著中核北方初建時的場景,“當時條件非常艱苦,住的是臨時搭建的帳篷,風沙很大,食堂也是臨時搭建的草棚,吃飯的時候得用手捂住碗,不然碗里全是沙子。”創業者們在一無廠房、二無設備的條件下,白手起家,艱苦創業,自己動手撿磚頭、盤烘爐,為了配合基建工程施工,解決施工工具缺乏的困難,廠里組織工人組建簡易手工作坊。并在這里鍛制了第一把火鉗,也是廠里的第一件“產品”。用這把火鉗起家,鍛制了成千上萬件基建和農副業生產用的零件和工具。

  “那段時間我們從早忙到晚,差不多每天都干到半夜才能休息。再加上當時正是三年困難時期,雖然吃不飽,但大家也毫無怨言,堅持干下去。”安純祥說,當歲月流逝,當年的苦都仿佛不值得一提,但一個暖心的情景卻常常浮現在腦海中,“到了半夜廠里給每人發一個玉米餅子,那就是對大家的特殊照顧了。但就是這一個玉米餅子,大家還是互相推讓,誰也不肯多吃一口。”

  從臨時工棚到627倉庫,中核北方技術人員們在這個簡易的倉庫里,利用簡陋的試驗條件,在技術資料奇缺的情況下試制出關鍵部件,為我國第一顆原子彈的成功爆炸作出了巨大貢獻。這種艱苦創業的精神,被時任總參謀長羅瑞卿譽為“倉庫精神” 。

  在那段激情燃燒的歲月,中核北方在“倉庫精神”、“土豆大會餐精神”和 “一厘錢精神”的激勵和指引下,創業者們用生命、汗水和忠誠,打造出共和國第一個完整的核燃料元件生產科研基地,建成了我國第一條鈾化工生產線,第一條金屬鈣生產線,第一條核燃料元件生產線,第一條鋰同位素生產線,為我國“兩彈一艇”的成功研制,為國防建設和核工業科技進步作出了重要貢獻。

  打造中國核電“走出去”國家名片

  以“華龍一號”“高溫氣冷堆”“CAP1400大型先進壓水堆”等國家重大專項工程為標志,我國的核電自主化已取得豐碩成果。作為我國核燃料循環產業鏈上的重要一環和我國核電整體輸出“走出去”的重要保障,我國的核燃料元件制造也正從引進、消化、吸收、再創新走向自主化研制的道路,不斷將核心技術掌握在自己手中。

  而中核北方從引進二代、三代核電燃料元件制造技術到建成世界首條工業化規模的高溫氣冷堆核燃料元件生產線,掌握具有四代特征自主化的核電燃料元件制造前沿技術,描繪出了我國核燃料元件制造不斷創新發展的濃縮版的路線圖。

  高溫氣冷堆是目前世界上最安全的核反應堆型之一,高質量的燃料元件是高溫氣冷堆安全運行的可靠保障。為了達到“高質量”的產品要求,這一顆顆通體烏黑、光滑圓潤,直徑僅60mm的合格燃料球,都經歷了“涅槃”般的生產過程。

  全球首條工業規模高溫氣冷堆核燃料元件生產線于2013年3月在中核北方正式開建;2015年4月,生產線進入調試生產階段;2016年3月,生產線投料;2016年8月生產線正式生產。2017年7月17日,第20萬個工業化球形核燃料元件成功下線……誠如建設之初,中核北方就提出要通過這條生產線的建設、調試、生產運行,達到“出產品、出成果、出經驗、出人才、出精神、出示范”的成果,第20萬個球形燃料元件的順利下線,不僅標志著“六出”成果的實現,更標志著這條生產線的完全打通和達產達標。

  一般來說,從實驗線轉化成規模化生產,需要經歷中試階段,而這條生產線直接依托清華大學實驗線就進入工業化生產階段。建設、調試、生產無成熟可借鑒的經驗,人員也沒有相關的生產經驗,設備的可靠性還待驗證。盡管是“摸著石頭過河”,但通過中核北方和清華大學的“校企合作”,雙方克服了一個又一個難關,最終用產品質量和生產能力說話,實現了“全球首條”生產線的“跳躍式”“生長”,讓我國高溫氣冷堆元件制造水平躋身世界前列。

  在高溫氣冷堆元件廠的資料室里,密密麻麻擺放著幾百份文件,對于這些文件,高溫氣冷堆燃料元件廠廠長劉逸波如數家珍,他告訴記者:“在生產線建設過程中,我們結合項目特點建立了具有高溫氣冷堆核燃料元件制造特色的、有效的技術、質量、安全和環保體系,發布各類體系文件共計392份,經過近兩年的調試、運行驗證及不斷完善,已具備整體轉讓條件。”這也意味著,今后高溫氣冷堆燃料元件生產線的擴大甚至“走出去”將有標準可依。

  除掌握了高溫氣冷堆核燃料元件制造技術外,中核北方還承擔了國家科技重大專項——CAP1400大型先進壓水堆自主化燃料組件的研制任務,并完成了原型、定型等組件的研制任務。以上述兩個項目和新一代核材料、 核燃料關鍵技術研究為核心,近些年,中核北方不斷激發原有的優勢和動力,積極承擔國家重點科研課題的研究工作,并正積極開展新型燃料元件的研發工作。

  將核心技術掌握在自己手中

  作為壓水堆先進燃料組件的重要發展趨勢,環形燃料組件的發展受到了國際和業界的重點關注。環形燃料組件是一種結構上完全革新的先進燃料組件,具有“溫度低、儲能少”的特點,在正常運行工況與事故運行工況下,一定程度上提升了反應堆的固有安全性經濟性。

  中核集團作為我國核電的龍頭企業,2008年啟動了環形燃料組件研發項目。燃料組件制造技術研究和開發的重任,就落到了具有61年核燃料研制歷史的中核北方身上。

  在過去一窮二白的年代,中核人憑借一雙手成功研制出了我國的“兩彈一艇”,在當下的技術條件與環境中,懷揣“中國夢”“中核夢”的年青一代中核人又怎會輕言放棄!拿到組件詳細設計圖紙后,中核北方充分發揮“老廠”優勢,調動廠內各方資源,開始分頭攻關。講起這段拓荒之行,中核北方冶金研究所所長魏東波如數家珍:“當時別看是一個小短棒,焊縫也不怎么漂亮,但想了很多辦法,動了很多腦筋,能焊出來就是創新。”

  中核北方壓水堆元件廠組裝車間技術員劉杰、魏啟飛承擔的任務是骨架組裝裝置與組件組裝裝置這兩套重量級專用工藝裝備的研發工作。在裝置加工過程中,劉杰多次前往裝置制造廠商,關注設計與加工過程中的每一個細節,采用短管試驗件多次測試焊接參數,確保萬無一失。

  燃料棒的焊接質量一直是燃料組件質量控制的重中之重。中核北方冶金研究所焊接技術員魯杭杭構思巧妙,精心設計了焊接工裝與燃料棒的相對運動方式,研制了專用焊接工裝和夾具,實現了雙包殼燃料棒的焊接。

  冶金研究所科研管理科王兆松負責燃料棒研制的現場調度,“每天打數不清的電話,時間太緊張了,只有一個想法,保質保量完成燃料棒研制,交付給組件組裝工序,絕不影響組件最終交付。時間要求緊迫,但必須保證焊接質量。”那個時候,王兆松的身影不停在檢測車間與工藝車間各工序之間穿梭。每根燃料棒焊接結構復雜、焊縫數量多,每一道焊縫都必須經過多項檢測項目的檢驗。為了使現場的效率提升到最大,王兆松及時協調解決現場的每一個技術細節與進度問題。

  “經過近十年的努力,環形燃料能夠在我們手中,從小小的環形芯塊制備工藝摸索發展到實現全尺寸壓水堆環形燃料組件研制,將藍圖一步步變成現實,說明我們對于創新的堅持還是值得的。”中核北方總工程師馮海寧感觸頗深。

  在完成日常生產任務的同時,中核北方憑借61年科研生產經驗,在核技術應用領域不斷突破創新。研制生產的航天用測高儀屏蔽體,為我國航天事業作出了重要貢獻。特別是通過核技術拓展,先后開發了鈷調節棒、醫療堆燃料元件等多種民用產品,打破了國外技術的壟斷。

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