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核能科学技术奖丨以“拓荒者”的姿态澎湃向前——记原子能院压水堆燃料安全研究团队
时间:2023年12月05日 来源:本站 作者:李理达 关玺彤 点击量: 分享:

2022年中国核能行业协会科学技术奖获奖系列报道之四

2022年,中国核能行业协会科学技术奖评定出科技进步奖共75项。2023年1月,中国核能行业协会发出通知,为展示核能行业笃行务实、踔厉奋发的精神风貌,《中国核能》、协会官网、协会微信公众号对2022年中国核能行业协会科技进步奖一等奖、技术发明奖一等奖、企业技术创新工程奖、创新团队奖、青年优秀创新人物奖进行综合报道和推介宣传。


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压水堆燃料安全研究团队

核燃料被誉为核工业的“粮食”。在当前我国大力开展核燃料自主化探索的发展进程中,要做到“手中有粮,心中不慌”,首要原则就是保障燃料的安全、自主化发展。

在中国原子能科学研究院( 简称原子能院 ),有一群致力于燃料安全研究的“拓荒者”。他们当中,既有研究反应堆安全、燃料性能的,也有从事反应堆材料腐蚀与防护、材料科学、仪控电系统研究以及机械设计工作的。尽管专业领域不尽相同,但他们都有着一个共同的目标,那就是全力解决我国核燃料自主化发展的技术难题。

他们,就是原子能院反应堆工程技术研究所压水堆燃料安全研究团队。

看得远:摸着石头过河,做第一个“吃螃蟹”的人

20世纪90年代,随着压水堆核电厂的成功应用,国内逐步启动高性能燃料组件研究工作,其初期的研究主要针对燃料元件运行工况下的性能,有关事故工况的研究几乎是空白。自2000年起,季松涛作为反应堆工程技术研究所反应堆安全及燃料性能研究室主任,开始持续跟踪国外燃料元件在事故工况的安全性能研究领域的发展。凭借敏锐的洞察力和高度的专业敏感性,他很快意识到在未来国产化压水堆燃料组件的发展中,燃料安全必将是一项关键制约因素。自此,他开始致力于健全国内燃料安全研究体系的工作。

然而,要想做第一个“吃螃蟹”的人,不仅需要创新眼光,还必须有持续尝试的勇气和百折不挠的决心。季松涛针对燃料安全研究领域的不同研究方向,先后通过多个渠道,提交了20多份项目申请书,不断呼吁尽早在国内开展系统的燃料安全研究。2013年,他集结来自反应堆安全及燃料性能研究室、反应堆材料腐蚀与防护研究室、反应堆材料及反应堆辐照性能研究室的骨干力量,组成了压水堆燃料安全研究团队,在国家能源局核电重大科技专项的支持下,开始了国产新锆合金失水事故工况下的安全性能研究,迈出了坚实的第一步。

在研究的过程中,季松涛时常要求团队成员必须“走得稳、看得远”,不仅要有敢为人先的勇气,还应具备严谨细致的科学思维。由于“燃料安全”并非当时的研究大热门,团队能拥有的经费十分有限。他时常宽慰并鼓励大家,“做科研就像炒菜,不可能顿顿都有好材料。我们要做的,就是用自己的想法,把手里的‘边角料’也做出花儿来,要利用有限的经费获得高质量的科研成果”。在季松涛的带领下,团队的阶段性研究成果显著,获得了同行及有关部门的肯定和重视。

2017年,在国家能源局核电重大科技专项的支持下,季松涛带领团队再次先行一步,开展了系统的“压水堆失水事故条件下燃料包壳性能评价技术”科学研究。

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团队成员组装测量仪表

钻得深:只要下苦功夫,定能取得“真经”

失水事故工况具有升温速度快、变形大等特点,围绕该工况开展模拟、测量工作面临着较大挑战,但压水堆燃料安全研究团队成员对此早已做好了准备。“项目开展过程中一定会不断出现新的技术难题,但只要认真钻研,下苦功夫,定能取得掌握压水堆燃料安全研究关键技术的这本‘真经’”。

在“压水堆失水事故条件下燃料包壳性能评价技术研究”项目中,薄壁管表面可控刻痕技术,被公认为难度系数值“爆表”。为了让“可控”两字变为现实,主要负责攻关该技术的高永光、许倩为之付出了巨大努力。

在预制人工刻痕阶段,高永光和许倩几乎跑遍了全国各大顶尖加工单位,反复开展数值测量与试验。刻痕需要持续稳定地保持在20微米,不到一根发丝直径的一半。为了保证这项基准要求,二人带领团队成员共同研制出专用的弹性支撑台,将试验基准进一步调至20微米以下,并经过无数次的调试,最终成功消除了水平操作台及管道制作过程中产生的误差。课题验收时,光洁的样品上,肉眼几乎看不到一丝刻痕,连在场的评审专家都不禁发出赞叹。

项目开展过程中,团队要时刻严阵以待,解决突如其来的各种问题。有一次,一台进口设备中的某条关键电路突然短路失灵,倘若从原装厂家返工的话,不仅耗时长,费用高昂,还将拖延整个项目的进度。正当大家一筹莫展之时,团队里的资深“技术控”——高永光找出了自己小孙女的直升飞机小玩具。在众人好奇的目光下,只见他熟练地拆卸掉玩具内部的光电线管,经过一番“鬼斧神工”的操作,线管竟然成功接入进口设备,顺利完成了光面测量。这种“遇事不慌”的淡定,正得益于高永光平日里那股“爱钻研”的认真劲儿,以及日积月累形成的丰富操作经验。

有韧劲:齐心协力共奋斗,劲头十足干到底

除了看得远、肯钻研,“愿为共同目标齐心奋斗”也是这支团队的鲜明底色。

成员刁均辉被大家称为“拼命三郎”,他在负责相关技术研发任务的同时,还包揽了多项事务性管理工作。实验现场,他总是到得最早、走得最晚的那个人,事无巨细地操心着项目的各项环节,“我来吧”是他常常挂在嘴边的口头禅。为了保证项目其中一项重要节点按时顺利完成,刁均辉带着团队的几位年轻人开启了数月的攻关工作,几乎每天工作到深夜。身形魁梧的刁均辉时常蜷在逼仄的管道下操作,大伙看在眼里,斗志也被激发,他们争分夺秒、日夜奋战,最终按期完成了任务。

与项目共成长,是张宝亮在团队中最大收获。凝聚态物理专业出身的他,博士后出站后加入到压水堆研究团队中。从刚参与项目时对各类工程试验装置与仪器的懵懵懂懂,到现在可以如数家珍般对答如流,张宝亮深知背后既有团队前辈、同事的倾力协助,也有自己怀揣信念付出的艰辛努力。

在与项目同行的日子里,许倩不放过研究中的每一个技术细节,但凡遇到拿不准的问题都会进行大量的文献调研,经过反复深入思考后才确定技术方案。比如在测量氧化膜微区应力时,尽管有传统的测量手段,但是局限性强,她忽然想到在文献中看到过生物薄膜有类似的测量,于是她借鉴这种方法适当调整后成功解决了问题。凭着这股不盲从、不跟随的独立自主钻研精神,她逐渐成长为一名充满斗争精神的“战士”,曾在与生产厂家的“唇枪舌战”中面不改色据理力争,严谨地做出技术分析,在制作工艺上提出细致的要求。凭借项目的积累和沉淀,在前辈的带领下,她也逐渐成长起来,先后两次获得中核集团“菁英人才”称号。

对于这支有着极高自律性的团队来说,不完成目标,决不罢休。当制备出的样品没有达到理想效果时,青年骨干涂蒙河、李燊每天围着设备一遍遍地检查性能、优化完善。涂蒙河至今仍记得高温氧化淬火实验前渗氢成功的场景,“当那两排闪亮的锆合金包壳材料出现在大家眼前,看到表面丝毫未被氧化,那一刻,我感觉眼前的锆合金比黄金还耀眼!”

历经近四年的“深潜”,项目团队成功搭建起系统的失水事故性能评价平台并掌握了试验方法,突破了失水事故模拟关键试验技术,获得了国产燃料包壳失水事故工况下的性能数据库和关键模型;共授权发明专利3项、受理发明专利1项,授权实用新型5项,发表论文10余篇;技术自主可控,整体达到国际先进水平,部分国际领先,为自主化燃料组件的入堆安全评审提供了必需的数据和模型支撑。“压水堆失水事故条件下燃料包壳性能评价技术研究”项目也荣获了中国核能行业协会科技进步一等奖。

习近平总书记强调,要“敢于走前人没走过的路,努力实现关键核心技术自主可控”。在一路披荆斩棘、攻坚克难的燃料安全性能自主化深潜之路上,原子能院压水堆燃料安全研究团队以“以身许国、敢为人先、严谨求实”的院训为座右铭,闯过了多道研发难关,把关键核心技术牢牢掌握在自己手中。

面向未来,他们还有着更长远的目标,“我们将继续扎实走好当下的每一步,以‘拓荒者’的姿态澎湃向前,在相关领域实现更多的技术突破,努力达到世界领先水平,为燃料自主化发展提供更多的中核方案!” 

(作者:李理达  关玺彤  单位:中国原子能科学研究院)


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