中国工业报记者  余娜

4月14日，四川宜宾。中核建中核燃料元件有限公司的燃料棒生产线上，机械手正灵巧地抓起一根根锆合金包壳管，将二氧化铀芯块精准填入，再如穿针引线般穿过格架骨架。伴随清脆的卡扣声，一组成熟的核燃料组件雏形初现。

这看似平静的制造场景背后，是一场历时十六年、从图纸到堆内验证的艰难攻关。2010年以前，除秦山一期外，我国尚无自主核电燃料品牌；“华龙一号”走出国门时，曾因燃料组件受制于人。如今，CF3系列燃料组件技术指标全面达到国际先进，N36锆合金打破国外垄断。从西南腹地到关中平原，中国工业报记者走进研发、制造与材料一线，试图还原这条“中国芯”的突围之路。

“经过几代人接续攻坚，我国成功构建起核燃料全链条自主研发与产业体系，CF系列燃料组件实现规模化应用，N36锆合金打破国外垄断，为华龙一号“走出去”和国内核电安全发展提供了坚实保障。”中核集团首席科学家，CF燃料总设计师焦拥军接受中国工业报记者采访时表示。

核燃料组件的16年研发攻关

十六年，足以让一座核电站完成从奠基到商运的全周期，但对核燃料组件的研发而言，却是一场从图纸到堆内验证的漫长跋涉。

“核燃料组件是反应堆的能量之源，也是核电产业链上最核心的‘卡脖子’环节。”焦拥军表示，核燃料组件研发涉及结构设计、原材料、制备、堆外试验、堆内辐照考验及辐照后检查等完整研发体系，技术要求高、研发难度大、周期长，是真正的战略技术高地。

这一背景下，中核集团于2010年启动了CF系列核燃料组件自主研发重大科技专项，由中国核动力研究设计院牵头，整合全产业链力量。

研发之路并非一蹴而就。CF系列燃料组件的发展经历了清晰的代际演进。中国工业报记者获悉，CF2是首款自主品牌燃料组件，2013年，CF2先导组件入堆，迈出了自主燃料从实验室到反应堆的第一步。

真正让行业振奋的是CF3的突破。CF3先导组件于2014年入堆，2019年完成辐照考验。CF3拥有完全自主知识产权，技术指标全面达到国际先进水平，部分指标甚至实现国际领先。

焦拥军表示，CF系列燃料关键技术取得突破主要表现在六个方面：

第一，在大型先进压水堆燃料组件研发供应体系上，创建了先进完整的核电燃料设计-材料-制造-试验-考验-检查研发体系，打造了立足国内的原材料和零部件保障供应体系。

第二，在国际先进高性能燃料组件分析技术上，打破国外专利壁垒，实现燃料组件结构自主创新设计，开发了工程化与精细化结合的核电燃料设计软件及分析技术。

第三，完成了国内首个先进高性能锆合金研发。由中国核动力研究设计院牵头研制了国内首个完全自主知识产权的N36锆合金，实现了规模应用；牵引了国内先进高性能锆合金研发，建立自主产业链，解决了原材料供应依赖进口的问题；打破了国外技术垄断，实现了核心原材料自主可控。

第四，国内首次构建完整的大型燃料组件堆外试验验证技术，突破了25项关键试验技术，涉及过滤试验、落棒试验、耐久性试验等。

第五，开创了国内核电燃料组件商用堆辐照考验先河，系统完成燃料组件入商用堆考验安全评审，实现了在商用压水堆上进行燃料组件辐照考验。

第六，在国内首次建立燃料组件辐照后检查技术。具体看，完成了国内首次在商用电站现场较全面地开展燃料组件的池边检查工作，建立了系统全面的辐照后热室检查技术体系。

“CF系列燃料关键技术指标全面突破，性能达到国际先进水平。其中，6项指标国际领先，3项指标国际先进。这意味着中国自主核燃料技术已经站到了世界前列。”焦拥军说。

资料显示，CF系列燃料组件两次入选“中国十大核科技进展”。科技成果上，获得4项省部级科技进步一等奖，中国核能行业协会科技进步一等奖，3项中国专利优秀奖等。质量管理成果上，获得我国首个国际质量促进可持续发展奖，2项国际质量管理小组金奖。

“从设计到材料，从试验到考验，从检查到应用，我们建立了完整的研发体系，这是CF系列能够实现突破的根本保障。”焦拥军坦言，“CF燃料组件打破了国外技术垄断，解决核电燃料‘卡脖子’问题，实现了我国核燃料发展史上‘里程碑’式跨越，对我国‘华龙一号’核电技术出口及能源供应安全具有重要战略意义。”

“核电粮仓”的全堆芯供货

西南腹地、四川宜宾。走进中核建中核燃料元件有限公司（以下简称“中核建中”）的生产厂房，一派火热而有序的景象扑面而来。

在燃料棒生产线上，一根根锆合金包壳管内部精准装入二氧化铀芯块，转眼间变成沉甸甸的燃料棒。不远处，工人正将格架、导向管和管座焊接成坚实笔直的组件骨架。最紧张的是“拉棒”工序——机械手灵巧地抓起燃料棒，一根根穿过骨架的格架，像穿针引线般精准到位，伴随清脆的卡扣声，组件雏形初现。

组装好的核燃料组件随即被推上检查仪，精密传感器实现组件尺寸的精准测量，任何瑕疵都逃不过它的“火眼金睛”。最终，合格成品被稳稳送入立体组件库，电子屏幕上实时闪烁入库位置、编号、发往地等信息，实现全流程可视化管控。一组组整装待发的核燃料组件，即将从这里启程，奔赴国内外各大核电站。

1965年建厂，扎根四川宜宾61年，中核建中见证了中国核燃料产业的整个发展历程。中核建中核燃料元件有限公司副总经理那保国向中国工业报记者介绍，中核建中已成为亚洲最大的压水堆核燃料元件制造基地，累计为50余台核电机组提供核燃料组件，总产量突破30000组，被誉为“核电粮仓”。

中核建中具备全堆芯供货能力——不仅包括核燃料组件，还涵盖控制棒组件、一次中子源组件、二次中子源组件、阻流塞组件等全套产品，并向关键零部件产业链延伸布局。

“不同堆型的核燃料组件，质量标准和技术侧重点各不相同。”那保国说，“我们建立了完善的质量体系，通过分级管理来确保质量管控精准适配。”

“十四五”期间，我国每年平均核准9台核电机组，核电进入批量化建设新阶段。党的二十届四中全会明确提出“积极安全有序发展核电”，核燃料需求进入高位稳定阶段。

面对核电发展的广阔前景，中核建中加速构建“一厂三区”协同高质量发展格局。公司正全面推进数字化转型，以核燃料元件制造为中心，集成ERP、MES、LIMS等系统，确保供应、生产、质量、工艺、设备、能源、安全环保的全方位受控。

锆合金包壳材料的“自主创新之路”

核燃料组件是由多个燃料棒按特定排列组装而成的堆内释热结构单元，而每根燃料棒的核心则是由锆合金制成的‌包壳管‌，二者如“骨架”与“皮肤”的关系‌。‌包壳管密封着二氧化铀芯块，其性能直接决定了燃料组件的安全性、可靠性和使用寿命，构成了防止放射性物质外泄的第一道安全屏障。

‌当前，主流三代压水堆广泛采用Zr-Nb、Zr-Sn-Nb系第三代锆合金，如法国M5、中国N36。“2018年，我们成功产出国内首批自主知识产权N36锆合金产品。从技术突破到产业化，我们仅用了13个月。”西安西部新锆科技股份有限公司（以下简称“西部新锆”）总经理、党委副书记周军向中国工业报记者表示。

西部新锆，2013年在西安经济技术开发区泾渭新城正式成立，由中国原子能工业有限公司（第一大股东）、西北有色金属研究院等机构共同发起，创新性地引入了科技人员骨干持股。

这13个月的背后，是长达数十年的技术积累。西安西部新锆科技股份有限公司副总经理李宇力介绍，N36属于锆-锡-铁合金体系，通过优化锡、铁元素配比，显著提升了材料的耐腐蚀性能和耐辐照性能。而实现这一目标的关键，在于攻克了一系列生产工艺难题。

在熔炼环节，N36合金中不同元素的熔点差异较大，容易导致成分分布不均。西部新锆采用预制合金、熔速控制、三次真空自耗熔炼等工艺技术，成功解决了工业化铸锭熔点大差异合金元素的均匀化难题，达到国际先进水平。

在挤压环节，公司采用45MN卧式双动正向挤压机，实现了低温大变形高精度挤压，管坯直径可精确控制在76mm。“每一根管材都有激光打标的条形码，全流程可追溯至原材料批次及操作人员，这在核级材料生产中至关重要。”李宇力说。

另据周军透露，核级锆材加工工艺技术不仅用于制备核燃料包壳管，未来还将拓展至航空航天、医用植入件等领域。相关材料已应用于航空高端钛合金型材，质量控制标准与航空领域严格一致。

“核安全是绝对安全，我国的自主品牌锆合金制造质量标准超出国际水平。掌握锆合金自主制造技术，是连接燃料组件设计要求和堆内运行数据反馈的关键桥梁。它能将堆内应用反馈转化为实证经验，进而持续反哺和优化设计。这正是自主化的核心价值所在。”周军强调。