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走訪中國(guó)首座核燃料元件廠——中核北方核燃料元件有限公司

2020-01-16 09:40  來源:經(jīng)濟(jì)參考報(bào)  瀏覽:  

走訪我國(guó)首座核燃料元件廠——中核北方核燃料元件有限公司,近距離感受應(yīng)用于和平領(lǐng)域的“核”。

與“核”打交道的人

中核北方核燃料元件有限公司(以下簡(jiǎn)稱“二○二廠”)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市。目前我國(guó)大陸有47臺(tái)在運(yùn)核電機(jī)組,而為核電站提供核燃料元件的生產(chǎn)廠全國(guó)只有兩家,二○二廠就是其中之一。

二○二廠成立于1958年,曾為國(guó)家“兩彈一艇”和核電事業(yè)做出過重要貢獻(xiàn),是我國(guó)首座核燃料元件廠?,F(xiàn)如今,這里已發(fā)展成為中國(guó)核燃料元件種類最多、技術(shù)路線最全的生產(chǎn)供應(yīng)商,擁有重水堆、壓水堆、AP1000和高溫氣冷堆等多條核電燃料元件生產(chǎn)線。

坐落于包頭市青山區(qū)的二○二廠,外界對(duì)它的印象是:防護(hù)嚴(yán)密、等級(jí)森嚴(yán)。據(jù)包頭人講,從前,當(dāng)?shù)厝顺鲇趯?duì)“核”的恐懼和對(duì)核燃料元件生產(chǎn)的不了解,擔(dān)心核輻射,一般都不愿意到二○二廠周邊買房。

然而,當(dāng)我們?cè)谑⑾臅r(shí)節(jié)走進(jìn)廠區(qū)卻發(fā)現(xiàn),廠區(qū)內(nèi)綠樹掩映,鮮花盛開,空氣清新,核燃料元件生產(chǎn)線設(shè)于一棟棟現(xiàn)代化小樓內(nèi),更像是一家科研單位。

進(jìn)入核燃料元件生產(chǎn)車間,一線工作人員只穿著一件普通工作服。“核燃料元件在制備過程中,就像剛開采出的原煤,并沒有發(fā)生裂變反應(yīng),屬于弱放射性物質(zhì)。”二○二廠壓水堆核燃料元件生產(chǎn)線負(fù)責(zé)人楊光宇解釋說:“一張薄薄的紙就能擋住物料釋放的α射線,沒必要穿輻射防護(hù)服。”

盡管如此,為盡可能減少工作人員直接接觸生產(chǎn)物料的次數(shù),生產(chǎn)車間采用自動(dòng)化流水線,從原料提純到加工生產(chǎn)出成品,全部由機(jī)械設(shè)備完成。偌大的車間,只看見兩三個(gè)工作人員,實(shí)現(xiàn)了安全和效率的最大化。

記者發(fā)現(xiàn),每名生產(chǎn)人員的胸前都佩戴著一個(gè)U盤型的配飾。楊光宇說,這是他們的“護(hù)身符”,叫作輻射計(jì)量器。輻射計(jì)量器內(nèi)含有特殊晶體,可以吸收物料所散發(fā)出來的各類射線,從而確定生產(chǎn)人員所接受的輻射劑量是否超標(biāo)。

根據(jù)測(cè)算,即使在核燃料元件廠工作一年,工作人員受到的有效輻射劑量也僅相當(dāng)于做1次X光透視。一線生產(chǎn)工人開玩笑說:“比起貼滿大理石的豪華裝修房,生產(chǎn)車間內(nèi)的輻射量要低得多。”

核燃料元件廠排向環(huán)境中的放射性物質(zhì)更少,輻射劑量?jī)H為0.01m Sv(毫希弗,輻射單位),相當(dāng)于每人每年所受天然輻射量的0.24%,基本可以忽略不計(jì)。“二○二廠全部采用密閉廠房,而且是負(fù)壓設(shè)計(jì),只能讓外部空氣進(jìn),廠房?jī)?nèi)的空氣卻出不去。”楊光宇說。

由于安全性高、核輻射低,核燃料元件廠不會(huì)影響人們?cè)谄渲苓吷睿聡?guó)、法國(guó)、荷蘭的核燃料元件廠都在市區(qū)內(nèi),二○二廠也位于包頭市青山區(qū)。近年來,隨著人們對(duì)“核”和平應(yīng)用的進(jìn)一步了解,二○二廠已不再是居民購(gòu)房的“禁區(qū)”,周邊居民樓林立,學(xué)校、醫(yī)院、商業(yè)街等一應(yīng)俱全,廣場(chǎng)上有跳舞的、打牌的、遛狗的,充滿了生活氣息。

徒手能拿的“核煤球”

“把核電站比作一臺(tái)鍋爐,核燃料元件就像‘蜂窩煤’,我們廠就是生產(chǎn)‘蜂窩煤’的。” 二○二廠黨委副書記常甲辰說,二○二廠擁有各種堆型的核燃料元件制造能力,能為核電站供應(yīng)多種“蜂窩煤”。

核燃料球是“蜂窩煤”中最特殊的一種。這種在二○二廠的高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)車間生產(chǎn)出的新型核燃料元件,不同于以往的柱狀造型,而是一種黑乎乎的圓形球體。

二○二廠高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線負(fù)責(zé)人劉逸波介紹,這條高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線,是全球第一條具有第四代核技術(shù)特征的工業(yè)化規(guī)模燃料元件生產(chǎn)線,承載了清華大學(xué)30多年的研究成果,具有我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該生產(chǎn)線于2016年8月正式生產(chǎn),年產(chǎn)30萬個(gè)核燃料球。

劉逸波展示著手中的核燃料球說,這種核燃料元件的輻射量很小,是很安全的。“一顆臺(tái)球大小的燃料球,直徑6cm,重量200克,內(nèi)含7g核燃料,個(gè)頭不大,但能量巨大。”他介紹說,一顆核燃料球完全反應(yīng)釋放的能量相當(dāng)于1.5噸標(biāo)準(zhǔn)煤,四顆這樣的“核煤球”就夠一個(gè)三口之家的冬季取暖了。

劉逸波介紹,每個(gè)核燃料球內(nèi),有大約12000個(gè)圓珠筆尖大小的顆粒,這就是整個(gè)元件最核心的部分——二氧化鈾核芯。為了阻止裂變產(chǎn)物的泄露,每個(gè)二氧化鈾顆粒身上有4層包覆材料,最內(nèi)層是疏松熱解碳層,負(fù)責(zé)吸收氣態(tài)的核反應(yīng)產(chǎn)物和緩解應(yīng)力,其外有兩層致密熱解碳層和一層碳化硅層。

這是目前最先進(jìn)的包覆方式。劉逸波說:“相當(dāng)于給內(nèi)部核燃料及產(chǎn)物穿上陶瓷‘鎧甲’,使得核燃料球能夠在1800℃、450個(gè)小時(shí)的連續(xù)高溫考驗(yàn)下,保持完好,無破損,有效防止放射性物質(zhì)泄漏。”

最終包覆顆粒的粒徑達(dá)到0.92mm。接下來,是把無數(shù)的微小顆粒壓制成燃料球。但直接壓制,容易造成顆粒破裂,因此,壓制前要給顆粒“穿衣”,即包裹上一層石墨粉。記者看到,“穿衣”的過程就像滾元宵,包覆顆粒在容器內(nèi)反復(fù)翻動(dòng),直至在表面均勻地包裹一定厚度的石墨粉。

“穿衣”后的包覆顆粒和基體石墨粉被注入模具,經(jīng)過預(yù)壓成為直徑5cm的芯球。之后,其外要再包裹一層5mm厚的石墨球殼,最終成形為直徑6cm的燃料球。這層石墨球殼被稱作“無燃料區(qū)”,是阻止核芯放射性物質(zhì)泄漏的又一道屏障。

經(jīng)過一系列工藝加工,核燃料球可以經(jīng)受4米高度跌落1800多次,遠(yuǎn)大于50次的技術(shù)指標(biāo)要求,保證了內(nèi)部核燃料的可靠密封。

截至目前,二○二廠已生產(chǎn)出60多萬個(gè)合格的球形核燃料元件。劉逸波表示,這些核燃料球?qū)⑺偷轿挥谏綎|省的榮成石島灣核電站高溫氣冷堆示范工程,它是全球首座工業(yè)示范第四代核電站,預(yù)計(jì)今年建成投產(chǎn)。

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