5日從中國核工業集團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線工藝優化和自動化改造”項目順利實施，為國家科技重大專項“高溫氣冷堆核電站示范工程燃料元件生產線建設”的項目建設提供了重要技術支撐。

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堆內以核燃料作為主要成分的結構上獨立的最小構件，是核燃料產業的最終產品，核電站的能量源泉，也是核反應堆的核心部件。

中核北方此次的生產線工藝優化和自動化改造項目，實現了我國年產30萬個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、規模化技術水平，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施和穩定運行提供堅實的核心技術保障。

“本項目對全球首條具有工業化規模的球形燃料元件生產線建設運行起到了有益的補充，推進高溫氣冷堆燃料元件制造技術和生產線的工程化具有重要意義。” 中核北方副總經理張杰介紹。

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。

在未經優化的制備工藝下，燃料球在低溫碳化過程中，酚醛樹脂發生碳化，分解為小分子有機物和樹脂炭，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現的內部缺陷而導致壓碎強度降低。因此，燃料球制備調試主要技術難題是減少燃料球的開裂現象，實現作業過程的精準控制，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。該項目開展的生產線工藝優化主要是針對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化改進，以實現二氧化鈾核芯產品、包覆燃料顆粒產品及燃料球產品合格率的穩步提升。同時，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，實現圖像采集、精確測量與數據分析、管理、輸出一體化的功能，顯著提高了檢測效率。

據了解，該項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化改進，在已完成核芯燒結自動上下料、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上，繼續進行了包覆區、燃料球成型區和車削區的自動除塵系統設計和改造，以及燃料球全自動化包裝裝置的設計和改造。自動化改進項目的實施，解決了工程化應用過程中出現的效率、銜接和質量穩定問題，優化工藝流程，全面提升生產線自動化水平，降低人為因素影響，建立穩定的產品生產線，進一步提高了燃料元件制造成品率和生產效率。