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高通量堆安全运行四十年 大山深处每天都有人值守
文章来源:中核集团 日期:2019年11月13日

  

  1979年12月27日凌晨5时36分,中国人完全依靠自主力量建成的中子通量居亚洲第一、世界第三的工程试验堆——高通量工程试验堆达到首次物理临界。

  光阴如箭,截至今年年底,高通量工程试验堆已经安全运行整整四十年。高通量堆四十年运行史,恰与中国改革开放的脉搏同步,见证了中国核工业从小到大,从闭塞走向开放,从引进技术到消化吸收再创新,从跟跑到并跑并逐步实现领跑的历程。

  高通量堆四十年运行史,正是一部“事业高于一切,责任重于一切,严细融入一切,进取成就一切”的核工业精神践行史,是一代又一代中国核动力人接力奋斗的创造史。

  四十年的艰辛实践,高通量堆已成长为党的坚强堡垒,培养人才的沃土,新技术的“试验田”,结出累累产业硕果的科技之花。高通量堆是中国核科技产业不断发展的奠基者和开拓者,已成为中国核工业发展史上的一座历史丰碑。

  起步

  

  完全依靠中国自主力量

  20世纪70年代初,随着发展需求,对新燃料元件、材料加速辐照考验以尽快获取设计参数验证并固化设计技术指标,建设高中子通量反应堆成为迫切需求。1968年5月15日,由国家计委、国防科委、国防工办批复了二机部关于反应堆研究设计基地建设方案的报告,项目代号为“49-3工程”。

  高通量堆于1971年3月正式破土动工,1979年12月27日凌晨5时36分,高通量堆达到首次物理临界。经过数载艰苦奋斗,一项倾注了无数人心血的庞大工程终于结出硕果,1980年12月16日,高通量堆按预定的技术指标投入满功率运行。1981年12月,该项目通过了国家验收,并正式投入运营。至此,中国人依靠自己的力量圆满建成了中子通量居亚洲第一、世界第三的工程试验堆。1985年10月,该工程设计建造获得了国家科技进步一等奖。

  高通量堆是完全依靠我国自己力量建成的大型核试验设施。它的建成表明中国核反应堆工程技术达到了新水平,带动了国内新技术的发展,推动了国内核科学与技术研究平台进入新的高度。“花开深耕处,根深叶长青”。四十年来,核动力院依托于高通量工程试验堆开展了大量科学试验与研究,这颗科技之树已是枝繁叶茂、硕果累累,获得国家级科技奖5项,省部级科技奖32项,中核集团科技奖262项,为核科技发展做出了不可磨灭的贡献。

  运行

澳门皇冠足彩  安全高效走过四十年

  核安全是核工业的生命线!高通量堆作为一个工具堆,从1979年底首次物理临界开始,截至今年已安全稳定运行四十年。

  高通量堆与核电站反应堆存在一个显著的不同,那就是高通量堆每炉装载方案都是独一无二的,这对如何保证反应堆运行安全提出了更高要求。

澳门皇冠足彩  为此,高通量堆建立了独特的管理模式。当时的建设者从1971年7月1日建立调试队开始,根据研究堆运行和科研特点建立了将运行、运行管理、维修三方集中在一个部门的模式。这种模式将资源集中在一起,便于在发生突发事件时能高效、协调地调度资源,非常适合研究堆任务多样、运行工况多变、运行周期灵活的特点。高通量堆四十年安全运行的记录表明,这种模式是行之有效的。

澳门皇冠足彩  为保证国家重要任务顺利按期完成,高通量堆常年保持高功率满负荷运行,换料操作的时间节点非常紧张。以2014年为例,高通量堆全年保持满功率运行8个炉段,年度积分功率达到18300兆瓦日,带核功率净运行天数达240天。与国际同行相比,高通量堆在运行天数、积分功率、炉段数等重要参数中名列前茅。

澳门皇冠足彩  高通量堆运行组组长赖立斯介绍:“高通量堆换料周期为30天,停堆换料时间一般为8~10天,由于年度运行任务重,每年大修时间基本上被运行时数压缩至30天。因此,科室采取阶段性维修和大修相结合的模式确保系统设备运行质量,即,将周期短的维修/保养活动安排在每炉段停堆换料时的阶段性维修来实施,而将周期长的维修/保养活动安排在每年的8月份大修期间集中实施。”

  为保证反应堆高效安全运行,高通量堆选择在每年8月份雷暴雨天气高发季节进行大修。此时正值川内酷暑时节,核动力院集中休高温假。高通量堆检修人员等为确保大修计划得到严格执行而放弃假期休息,有时甚至一个月没休息一天。

澳门皇冠足彩  近几年,高通量堆常年保持高功率满负运行,365天都有人值守。每年春节,都有核动力运行人默默在岗位上“守岁”。这些深山里的核工业人,坚守在大山里的核安全卫士,用值班室的灯光点亮了试验基地。

  改造

  实现燃料元件低浓化

  为了响应IAEA研究和试验性反应堆低浓化(RETER)项目,减少和消除全球范围内民用高浓铀的使用,核动力院在1992年开始高通量堆燃料元件低浓化研究。2002年,由核动力院设计,核燃料元件制造单位完成了两组高通量堆低浓燃料元件的生产,紧接着核动力院完成了该燃料元件堆内辐照考验试验。

澳门皇冠足彩  2006年3月,高通量堆迎来了低浓化改造过程中的关键节点,即低浓燃料元件首次入堆使用。这是一种过渡状态的堆芯结构,是保证反应堆安全稳定运行的必经之路。但是,刚刚运行到10多天时,反应堆就出现了主冷却剂水质异常的情况。又经过几个月的故障排查后,该问题仍然存在。当时的核动力院领导高度重视,率领专家组来到基地解决这个拦路虎。

  但作为一种新技术,反应堆低浓化运行数据非常欠缺。经过全盘审慎考虑,在完全能确保反应堆安全的情况下,专家组决定继续试验运行。经过一段时间的运行,专家组得出结论,之前的冷却剂水质异常系由燃料元件制造工艺偶发因素所致,需要燃料元件提供方加强质量控制,核动力院也由此获得了大量宝贵的数据。这仅仅是高通量堆低浓化改造过程中的一个小插曲。在整个低浓化改造过程中,燃料元件设计方、制造方和使用方三方必须不断磨合。高通量室主任李子彦说:“这是个逐步摸索,反复试验的过程。除此之外,没有捷径可走。”

  2007年11月,在经过了四个周期从高到低的逐步过渡后,高通量堆最终实现了全堆低浓化装载,意味着反应堆低浓化改造的完成。但这不等于高通量堆低浓化改造的终结,核动力院继续在取得阶段成果的基础上,不断完善低浓化技术。

澳门皇冠足彩  经过十多年的努力,在核动力院与元件制造单位攻克了低浓元件包壳材料更换、燃料芯体工艺等一系列难题后,终于在2018年实现了在使用低浓度燃料元件时,主冷却剂活度浓度比采用高浓度燃料元件时的水质还要好。这标志着我国燃料元件低浓化技术,从设计、生产、运行各方面均达到了国际先进水平。

  成就

  科技之花结出产业之果

  高通量堆的建成极大地提高了核动力院的综合科研实力,被主要用于反应堆燃料元件及结构材料辐照试验、放射性同位素生产和中子辐照加工等领域,是我国核动力与核技术发展的大型关键设备。

澳门皇冠足彩  依托于高通量堆等,核动力院不仅实现了第二、三、四代反应堆燃料元件辐照考验要求,也可满足未来聚变反应堆用温度达到900℃、中子剂量高达50DPA的材料辐照,兼顾高比活度的医用放射性同位素及特种同位素的辐照生产。多年来,核动力院进行了反应堆辐照装置设计;不同温度下的燃料元件及材料辐照试验;核燃料元件及材料中子辐照后的性能检验与研究。其间,核动力院还依靠自力更生、艰苦奋斗的精神,自行研制了多个装置,研究开发了多套反应堆应用程序,进行了大量试验。(郑可  邹全)

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