一直以來(lái)，在核電發(fā)展的進(jìn)程中，無(wú)論是核電站運(yùn)行還是核燃料的研發(fā)制造，都引起了各方的關(guān)注，但如何將新燃料運(yùn)輸?shù)胶穗娬荆秩绾螌⑹褂眠^(guò)的乏燃料從核電站外運(yùn)，卻鮮少被人提及。

　　在我國(guó)，絕大多數(shù)核電站都位于東南沿海地區(qū)，而核燃料制造廠以及乏燃料后處理中試廠都坐落在西北部地區(qū)。上千里的距離，再加上核燃料的特殊屬性，讓安全運(yùn)輸顯得尤為重要。這不僅需要選擇一條最佳的運(yùn)輸路線，更重要的是要擁有一個(gè)確保核燃料完好無(wú)損的運(yùn)輸容器，才能保證核燃料運(yùn)輸萬(wàn)無(wú)一失。

　　隨著我國(guó)核電事業(yè)的發(fā)展，運(yùn)行的核電站數(shù)量不斷增加，無(wú)論是新燃料還是乏燃料運(yùn)輸量都急劇增加，相應(yīng)地對(duì)運(yùn)輸容器的需求也大大增加，但我國(guó)以往卻始終沒(méi)有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型商用核電站核燃料運(yùn)輸容器。

　　針對(duì)核電發(fā)展需求，2009年，中國(guó)核電工程有限公司全力開(kāi)啟研發(fā)設(shè)計(jì)。2011年，自主開(kāi)發(fā)的CNFC-3G新燃料運(yùn)輸容器研制成功，2012年完成100臺(tái)產(chǎn)品供貨，成為中核集團(tuán)重點(diǎn)科技專項(xiàng)中首個(gè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的項(xiàng)目；乏燃料容器樣機(jī)制造如今業(yè)已完成，且通過(guò)了全部驗(yàn)收試驗(yàn)。

　　核燃料運(yùn)輸容器的研制填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白，增強(qiáng)了中核集團(tuán)在核電領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化競(jìng)爭(zhēng)能力，護(hù)佑我國(guó)核電安全穩(wěn)定發(fā)展。

　　新燃料運(yùn)輸容器：實(shí)現(xiàn)科研成果產(chǎn)業(yè)化

　　核電站連續(xù)安全運(yùn)行的過(guò)程，也是核燃料不斷“吐故納新”的過(guò)程。而一吐一納的背后，便是新燃料、乏燃料的千里之行。這期間，核燃料運(yùn)輸容器自然是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。但一直以來(lái)，我國(guó)核燃料運(yùn)輸容器技術(shù)始終受制于人，市場(chǎng)被國(guó)外企業(yè)壟斷。

　　新燃料運(yùn)輸容器曾長(zhǎng)時(shí)間依照法國(guó)運(yùn)輸容器全套技術(shù)在國(guó)內(nèi)制造，后因缺少支持性材料，經(jīng)國(guó)家核安全局審查后被要求停止制造，因而造成了缺口。

　　乏燃料運(yùn)輸容器則選擇直接購(gòu)買國(guó)外產(chǎn)品，而直接引進(jìn)的兩臺(tái)運(yùn)輸M310堆型乏燃料運(yùn)輸容器，每臺(tái)每次可裝運(yùn)26組乏燃料組件，每年最多可以運(yùn)輸4次，兩臺(tái)容器每年最多只能夠完成208組（約96tHMU）M310堆型乏燃料組件外運(yùn)工作。而按照我國(guó)核電發(fā)展規(guī)劃，這樣的運(yùn)輸能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足乏燃料外運(yùn)需求。

　　為了緩解國(guó)內(nèi)核燃料組件運(yùn)輸壓力，打破國(guó)外壟斷，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，2009年，新燃料容器研制在中國(guó)核電工程有限公司正式立項(xiàng)，2010年被納入中核集團(tuán)重點(diǎn)科技專項(xiàng)《核燃料元件運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)制造技術(shù)》，并確定了研究任務(wù)和主要技術(shù)指標(biāo)。

　　大型商用核電站燃料元件運(yùn)輸容器研發(fā)在國(guó)內(nèi)尚屬首次，難度之大，挑戰(zhàn)之多，不言自明。為了確保研制任務(wù)的完成，工程公司隨即組建了容器研制項(xiàng)目組，組織了一批工藝、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、熱工、臨界、屏蔽、材料、焊接等多個(gè)專業(yè)的優(yōu)秀人才攻堅(jiān)克難，對(duì)試驗(yàn)容器的結(jié)構(gòu)、力學(xué)、臨界、屏蔽、熱工等反復(fù)分析計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)，并開(kāi)展了大量試驗(yàn)驗(yàn)證工作，確保燃料容器安全。

　　經(jīng)過(guò)工程公司團(tuán)隊(duì)的共同努力，2011年10月，工程公司取得國(guó)家核安全局頒發(fā)的《CNFC-3G新燃料運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)批準(zhǔn)書(shū)》。其自主研制的CNFC-3G新燃料運(yùn)輸容器是國(guó)內(nèi)唯一完全滿足相關(guān)要求的核電站用AFA3G型新燃料組件的運(yùn)輸容器，而且是中核集團(tuán)實(shí)施重點(diǎn)科技專項(xiàng)以來(lái)首個(gè)實(shí)現(xiàn)科研成果產(chǎn)業(yè)化的重大項(xiàng)目。

　　乏燃料運(yùn)輸容器：打通所有關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)

　　如果說(shuō)，新燃料運(yùn)輸容器的研發(fā)重點(diǎn)是要做到確保組件的次臨界安全和順利接收以及事故條件下的防沖擊，那么乏燃料運(yùn)輸容器的研發(fā)設(shè)計(jì)更是難上加難，除需要確保次臨界安全外，因其具有放射性和衰變熱，所以還要保證正常運(yùn)輸工況和運(yùn)輸中事故工況下的安全。為達(dá)到安全運(yùn)輸?shù)哪康?，容器中需要中子吸收材料保證次臨界安全；需要具有足夠的屏蔽厚度和適當(dāng)?shù)钠帘尾牧蟻?lái)屏蔽γ輻射和中子輻射；要具有良好的散熱結(jié)構(gòu)，以便及時(shí)將衰變熱導(dǎo)出，防止組件包殼的溫度過(guò)高；同時(shí)要能夠有效地阻擋外部熱量的傳入，使容器能夠在半小時(shí)持續(xù)800攝氏度高溫條件下確保安全。除此以外，容器還要具備吸收沖擊的減震結(jié)構(gòu)，能夠確保在9米跌落和1米貫穿的條件下，保持容器的包容完整并滿足設(shè)計(jì)功能。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，容器最后被設(shè)計(jì)成長(zhǎng)約7米、重達(dá)100噸的“龐然大物”，對(duì)研發(fā)人員是巨大的挑戰(zhàn)。

　　自2010年啟動(dòng)研發(fā)以來(lái)，3年半間，工程公司研發(fā)人員在標(biāo)準(zhǔn)選用、材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等方面做了大量工作。

　　“設(shè)計(jì)的工作量非常大，其中一個(gè)跌落姿態(tài)的計(jì)算,僅計(jì)算機(jī)就需要24小時(shí)不停地運(yùn)行計(jì)算一個(gè)星期。”工程公司燃料容器研發(fā)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王慶說(shuō)。

　　而為了更有把握，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在開(kāi)展比例模型容器力學(xué)試驗(yàn)中也更加精細(xì)。“國(guó)際通常采用1:4比例模型，而為了更接近原型容器、對(duì)比更加準(zhǔn)確，我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了1:3比例模型容器，來(lái)驗(yàn)證力學(xué)計(jì)算模型及其參數(shù)的選取是否合理有效?！蓖鯌c說(shuō)。

　　2013年5月20日，中國(guó)工程物理研究院的試驗(yàn)平臺(tái)前人頭攢動(dòng)，在這里即將開(kāi)始的乏燃料比例模型容器9米跌落試驗(yàn)和1米貫穿試驗(yàn)吸引了國(guó)家核安全局、機(jī)械科學(xué)研究總院、中核集團(tuán)等單位的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家。大家凝神屏氣，熱切地期待著試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)

　　事實(shí)上，乏燃料運(yùn)輸容器設(shè)計(jì)不僅包括多個(gè)專業(yè)的分析計(jì)算、各種試驗(yàn)，還包括三種特殊材料的選取和研制：減震器中的減震材料——木材，吊籃貯存套管內(nèi)部的中子吸收材料，容器頂部、底部和外部周向的中子屏蔽材料。

　　減震器是運(yùn)輸中事故工況下吸收沖擊能量，保護(hù)組件和容器安全的重要部件，其減震效果直接影響容器的安全。為了可以尋找到有效的木材，項(xiàng)目組廣撒網(wǎng)，開(kāi)展了大量咨詢調(diào)研工作，與合作單位經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)十種木材的篩選，最終找到了力學(xué)性能適合容器減震器使用的樹(shù)種，滿足了設(shè)計(jì)要求。

　　而中子吸收材料在國(guó)際市場(chǎng)上價(jià)格昂貴，中子屏蔽材料更是難以買到，為此，工程公司聯(lián)合外部研究設(shè)計(jì)院共同開(kāi)發(fā)了滿足設(shè)計(jì)要求的中子吸收材料和中子屏蔽材料，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

　　短短幾年間，研發(fā)人員攻克了一個(gè)又一個(gè)困難，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)又一個(gè)節(jié)點(diǎn)。今年年初，乏燃料運(yùn)輸容器樣機(jī)制造完成，并完成了所有驗(yàn)收試驗(yàn)。

　　這是我國(guó)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、采用國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、大部分材料采用國(guó)產(chǎn)材料、由國(guó)內(nèi)制造廠加工制造的大型商用核電站乏燃料運(yùn)輸容器樣機(jī)，其順利研發(fā)，打通所有節(jié)點(diǎn)，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)乏燃料運(yùn)輸容器國(guó)產(chǎn)化發(fā)展意義重大。（胡春玫）