它才是核电站的“高富帅”

        高富帅是谁？

　　没错，就是核电燃料组件，暂且称为组件君。组件君由燃料元件（燃料棒）、定位格架上下管座等部件组成。压水堆的燃料组件通常方方正正，中规中矩，由15×15,16×16,17×17或18×18等正方形排列的燃料棒组成。

　　组件君瘦瘦高高，如果你觉得它不过是一个大块头的金属零件，那你就大错特错了。一根燃料棒市场上的价格过万（没听说过黑市有倒腾燃料组件赚钱的，黑市价格暂时空缺）。组件君的身价动辄百万美元，所以称组件君为高富帅一点都不为过。

　　得组件者得天下

　　如果说主泵君是核电厂的心脏，组件君则是核电厂的灵魂和能量来源。组件君在核电厂的经济性和安全性方面发挥了至关重要的作用。

　　在经济性方面，组件设计的好坏直接决定了核电厂功率的大小。

　　在安全性方面，国内外的安全法规都以组件有关的参数（如最小偏离核态沸腾比MDNBR和包壳峰值温度PCT等）对组件君提出要求。

　　正因为组件君的地位如此重要，国内外的许多大学和科研院所都对组件君的特性进行了深入研究（试验研究or数值计算），并提出自己的组件设计方案。组件的结构设计改进（如定位格架设计改进）可以带来可观的经济收益。由于试验的开展多耗资巨大，对于试验获得的成果，即便是一个新的经验关系式，也多秘而不宣，技术壁垒高筑。

　　因此说，得组件君者得天下便一点也不夸张。

　　自主化组件君的华丽转身

　　2015年12月31日，自主化组件君华丽转身。由上海核工院自主设计并主持研发的CAP1400自主化燃料原型组件在包头顺利下线，标志着CAP1400自主化燃料研发工作取得重要突破，全面进入整体性能验证阶段。

　　CAP1400自主化燃料组件是上海核工院基于世界先进堆芯和燃料运行与安全技术要求开发的，是国内首个使用全新锆合金骨架、具有完全自主知识产权、满足14英尺堆芯要求的高性能燃料组件。

　　根据第三代先进压水堆CAP1400堆芯需求，结合国际先进压水堆燃料发展趋势，基于国内外最新法规标准，上海核工院提出了CAP1400自主化燃料组件的以下六大设计目标，其安全性和先进性指标均达到国际先进水平：

1高燃耗水平

　　燃耗水平代表了铀资源的利用率，即铀燃耗越高，铀燃烧越充分，其利用率越高，组件的经济性也越好。自主化燃料组件设计目标是组件机械设计燃耗达到60,000MWD/MTU的国际先进水平要求。

2高热工裕量

　　一回路冷却剂在燃料组件流道内被加热，自主化燃料组件的设计目标是高热工裕量，即在反应堆正常运行时既要保证水温，又应避免出现冷却剂沸腾现象，同时应避免燃料芯块因温度过高而发生熔化。

3高抗震裕量

　　考虑到地震影响，自主化燃料组件的设计目标是组件抗震性能满足0.3g安全停堆地震（SSE）。即核电站厂址区域发生震源20公里深的7级地震，自主化燃料组件仍能保证不被破坏。

4裂变产物控制

　　核反应会产生裂变产物，包括具有反射性的裂变产物氚。为了避免氚等裂变产物的逸出，需要对其加强控制。自主化燃料组件设计目标是提高裂变产物控制能力，为此专门设计了捕获裂变产物的装置。

5抗流致振动

　　燃料组件在堆内运行，受到水力冲刷作用而产生振动。振动会引起燃料棒的磨损。自主化燃料组件的设计目标是提高组件抗长期磨损的性能，可以有效缓解燃料棒流致振动磨损。

6防异物磨损

　　燃料组件堆内运行时，堆内冷却剂中可能存在金属碎屑等异物，异物随冷却剂进入燃料组件会对组件造成损伤。自主化燃料组件的设计目标是提高对异物的过滤能力，防止异物对燃料组件的磨损。

　　CAP1400自主化燃料组件由上海核工院牵头，联合中核北方核燃料元件有限公司和国核宝钛锆业股份公司等协作单位共同组成的研发团队开展了一系列技术攻关，确定了新锆合金、抗磨蚀格架、低压降管座、高热导芯块、高强度骨架等先进设计方案，突破了关键材料研制、格架条带冲制、管座精密一体化铸造、镀镍吸氢装置加工、掺氧化铍芯块烧结等制造技术瓶颈，成功完成了CAP1400自主化燃料原型组件的研制工作。

　　CAP1400自主化燃料组件研发工作分为原型组件、定型组件和先导组件三个阶段，最终实现商用堆辐照考验及产业应用。CAP1400自主化燃料原型组件作为第一阶段研究工作的标志性成果，具有重要的里程碑意义。后续的工作仍然充满挑战。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

（供稿：王伟伟何广进 上海核工院）