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高通量堆安全運行四十年 大山深處每天都有人值守
文章來源:中核集團 日期:2019年11月13日

  

  1979年12月27日凌晨5時36分,中國人完全依靠自主力量建成的中子通量居亞洲第一、世界第三的工程試驗堆——高通量工程試驗堆達到首次物理臨界。

  光陰如箭,截至今年年底,高通量工程試驗堆已經安全運行整整四十年。高通量堆四十年運行史,恰與中國改革開放的脈搏同步,見證了中國核工業從小到大,從閉塞走向開放,從引進技術到消化吸收再創新,從跟跑到并跑并逐步實現領跑的歷程。

  高通量堆四十年運行史,正是一部“事業高于一切,責任重于一切,嚴細融入一切,進取成就一切”的核工業精神踐行史,是一代又一代中國核動力人接力奮斗的創造史。

  四十年的艱辛實踐,高通量堆已成長為黨的堅強堡壘,培養人才的沃土,新技術的“試驗田”,結出累累產業碩果的科技之花。高通量堆是中國核科技產業不斷發展的奠基者和開拓者,已成為中國核工業發展史上的一座歷史豐碑。

  起步

  

  完全依靠中國自主力量

  20世紀70年代初,隨著發展需求,對新燃料元件、材料加速輻照考驗以盡快獲取設計參數驗證并固化設計技術指標,建設高中子通量反應堆成為迫切需求。1968年5月15日,由國家計委、國防科委、國防工辦批復了二機部關于反應堆研究設計基地建設方案的報告,項目代號為“49-3工程”。

  高通量堆于1971年3月正式破土動工,1979年12月27日凌晨5時36分,高通量堆達到首次物理臨界。經過數載艱苦奮斗,一項傾注了無數人心血的龐大工程終于結出碩果,1980年12月16日,高通量堆按預定的技術指標投入滿功率運行。1981年12月,該項目通過了國家驗收,并正式投入運營。至此,中國人依靠自己的力量圓滿建成了中子通量居亞洲第一、世界第三的工程試驗堆。1985年10月,該工程設計建造獲得了國家科技進步一等獎。

  高通量堆是完全依靠我國自己力量建成的大型核試驗設施。它的建成表明中國核反應堆工程技術達到了新水平,帶動了國內新技術的發展,推動了國內核科學與技術研究平臺進入新的高度。“花開深耕處,根深葉長青”。四十年來,核動力院依托于高通量工程試驗堆開展了大量科學試驗與研究,這顆科技之樹已是枝繁葉茂、碩果累累,獲得國家級科技獎5項,省部級科技獎32項,中核集團科技獎262項,為核科技發展做出了不可磨滅的貢獻。

  運行

  安全高效走過四十年

  核安全是核工業的生命線!高通量堆作為一個工具堆,從1979年底首次物理臨界開始,截至今年已安全穩定運行四十年。

  高通量堆與核電站反應堆存在一個顯著的不同,那就是高通量堆每爐裝載方案都是獨一無二的,這對如何保證反應堆運行安全提出了更高要求。

  為此,高通量堆建立了獨特的管理模式。當時的建設者從1971年7月1日建立調試隊開始,根據研究堆運行和科研特點建立了將運行、運行管理、維修三方集中在一個部門的模式。這種模式將資源集中在一起,便于在發生突發事件時能高效、協調地調度資源,非常適合研究堆任務多樣、運行工況多變、運行周期靈活的特點。高通量堆四十年安全運行的記錄表明,這種模式是行之有效的。

  為保證國家重要任務順利按期完成,高通量堆常年保持高功率滿負荷運行,換料操作的時間節點非常緊張。以2014年為例,高通量堆全年保持滿功率運行8個爐段,年度積分功率達到18300兆瓦日,帶核功率凈運行天數達240天。與國際同行相比,高通量堆在運行天數、積分功率、爐段數等重要參數中名列前茅。

  高通量堆運行組組長賴立斯介紹:“高通量堆換料周期為30天,停堆換料時間一般為8~10天,由于年度運行任務重,每年大修時間基本上被運行時數壓縮至30天。因此,科室采取階段性維修和大修相結合的模式確保系統設備運行質量,即,將周期短的維修/保養活動安排在每爐段停堆換料時的階段性維修來實施,而將周期長的維修/保養活動安排在每年的8月份大修期間集中實施。”

  為保證反應堆高效安全運行,高通量堆選擇在每年8月份雷暴雨天氣高發季節進行大修。此時正值川內酷暑時節,核動力院集中休高溫假。高通量堆檢修人員等為確保大修計劃得到嚴格執行而放棄假期休息,有時甚至一個月沒休息一天。

  近幾年,高通量堆常年保持高功率滿負運行,365天都有人值守。每年春節,都有核動力運行人默默在崗位上“守歲”。這些深山里的核工業人,堅守在大山里的核安全衛士,用值班室的燈光點亮了試驗基地。

  改造

  實現燃料元件低濃化

  為了響應IAEA研究和試驗性反應堆低濃化(RETER)項目,減少和消除全球范圍內民用高濃鈾的使用,核動力院在1992年開始高通量堆燃料元件低濃化研究。2002年,由核動力院設計,核燃料元件制造單位完成了兩組高通量堆低濃燃料元件的生產,緊接著核動力院完成了該燃料元件堆內輻照考驗試驗。

  2006年3月,高通量堆迎來了低濃化改造過程中的關鍵節點,即低濃燃料元件首次入堆使用。這是一種過渡狀態的堆芯結構,是保證反應堆安全穩定運行的必經之路。但是,剛剛運行到10多天時,反應堆就出現了主冷卻劑水質異常的情況。又經過幾個月的故障排查后,該問題仍然存在。當時的核動力院領導高度重視,率領專家組來到基地解決這個攔路虎。

  但作為一種新技術,反應堆低濃化運行數據非常欠缺。經過全盤審慎考慮,在完全能確保反應堆安全的情況下,專家組決定繼續試驗運行。經過一段時間的運行,專家組得出結論,之前的冷卻劑水質異常系由燃料元件制造工藝偶發因素所致,需要燃料元件提供方加強質量控制,核動力院也由此獲得了大量寶貴的數據。這僅僅是高通量堆低濃化改造過程中的一個小插曲。在整個低濃化改造過程中,燃料元件設計方、制造方和使用方三方必須不斷磨合。高通量室主任李子彥說:“這是個逐步摸索,反復試驗的過程。除此之外,沒有捷徑可走。”

  2007年11月,在經過了四個周期從高到低的逐步過渡后,高通量堆最終實現了全堆低濃化裝載,意味著反應堆低濃化改造的完成。但這不等于高通量堆低濃化改造的終結,核動力院繼續在取得階段成果的基礎上,不斷完善低濃化技術。

  經過十多年的努力,在核動力院與元件制造單位攻克了低濃元件包殼材料更換、燃料芯體工藝等一系列難題后,終于在2018年實現了在使用低濃度燃料元件時,主冷卻劑活度濃度比采用高濃度燃料元件時的水質還要好。這標志著我國燃料元件低濃化技術,從設計、生產、運行各方面均達到了國際先進水平。

  成就

  科技之花結出產業之果

  高通量堆的建成極大地提高了核動力院的綜合科研實力,被主要用于反應堆燃料元件及結構材料輻照試驗、放射性同位素生產和中子輻照加工等領域,是我國核動力與核技術發展的大型關鍵設備。

  依托于高通量堆等,核動力院不僅實現了第二、三、四代反應堆燃料元件輻照考驗要求,也可滿足未來聚變反應堆用溫度達到900℃、中子劑量高達50DPA的材料輻照,兼顧高比活度的醫用放射性同位素及特種同位素的輻照生產。多年來,核動力院進行了反應堆輻照裝置設計;不同溫度下的燃料元件及材料輻照試驗;核燃料元件及材料中子輻照后的性能檢驗與研究。其間,核動力院還依靠自力更生、艱苦奮斗的精神,自行研制了多個裝置,研究開發了多套反應堆應用程序,進行了大量試驗。(鄭可  鄒全)

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