與“核”打交道的人
中核北方核燃料元件有限公司(以下簡稱“二○二廠”)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市。目前我國大陸有47臺在運核電機組，而為核電站提供核燃料元件的生產(chǎn)廠全國只有兩家，二○二廠就是其中之一。
二○二廠成立于1958年，曾為國家“兩彈一艇”和核電事業(yè)做出過重要貢獻，是我國首座核燃料元件廠。現(xiàn)如今，這里已發(fā)展成為中國核燃料元件種類最多、技術路線最全的生產(chǎn)供應商，擁有重水堆、壓水堆、AP1000和高溫氣冷堆等多條核電燃料元件生產(chǎn)線。
坐落于包頭市青山區(qū)的二○二廠，外界對它的印象是：防護嚴密、等級森嚴。據(jù)包頭人講，從前，當?shù)厝顺鲇趯?ldquo;核”的恐懼和對核燃料元件生產(chǎn)的不了解，擔心核輻射，一般都不愿意到二○二廠周邊買房。
然而，當我們在盛夏時節(jié)走進廠區(qū)卻發(fā)現(xiàn)，廠區(qū)內(nèi)綠樹掩映，鮮花盛開，空氣清新，核燃料元件生產(chǎn)線設于一棟棟現(xiàn)代化小樓內(nèi)，更像是一家科研單位。
進入核燃料元件生產(chǎn)車間，一線工作人員只穿著一件普通工作服。“核燃料元件在制備過程中，就像剛開采出的原煤，并沒有發(fā)生裂變反應，屬于弱放射性物質。”二○二廠壓水堆核燃料元件生產(chǎn)線負責人楊光宇解釋說：“一張薄薄的紙就能擋住物料釋放的α射線，沒必要穿輻射防護服。”
盡管如此，為盡可能減少工作人員直接接觸生產(chǎn)物料的次數(shù)，生產(chǎn)車間采用自動化流水線，從原料提純到加工生產(chǎn)出成品，全部由機械設備完成。偌大的車間，只看見兩三個工作人員，實現(xiàn)了安全和效率的最大化。
記者發(fā)現(xiàn)，每名生產(chǎn)人員的胸前都佩戴著一個U盤型的配飾。楊光宇說，這是他們的“護身符”，叫作輻射計量器。輻射計量器內(nèi)含有特殊晶體，可以吸收物料所散發(fā)出來的各類射線，從而確定生產(chǎn)人員所接受的輻射劑量是否超標。
根據(jù)測算，即使在核燃料元件廠工作一年，工作人員受到的有效輻射劑量也僅相當于做1次X光透視。一線生產(chǎn)工人開玩笑說：“比起貼滿大理石的豪華裝修房，生產(chǎn)車間內(nèi)的輻射量要低得多。”
核燃料元件廠排向環(huán)境中的放射性物質更少，輻射劑量僅為0.01m Sv(毫希弗，輻射單位)，相當于每人每年所受天然輻射量的0.24%，基本可以忽略不計。“二○二廠全部采用密閉廠房，而且是負壓設計，只能讓外部空氣進，廠房內(nèi)的空氣卻出不去。”楊光宇說。
由于安全性高、核輻射低，核燃料元件廠不會影響人們在其周邊生活，德國、法國、荷蘭的核燃料元件廠都在市區(qū)內(nèi)，二○二廠也位于包頭市青山區(qū)。近年來，隨著人們對“核”和平應用的進一步了解，二○二廠已不再是居民購房的“禁區(qū)”，周邊居民樓林立，學校、醫(yī)院、商業(yè)街等一應俱全，廣場上有跳舞的、打牌的、遛狗的，充滿了生活氣息。
徒手能拿的“核煤球”
“把核電站比作一臺鍋爐，核燃料元件就像‘蜂窩煤’，我們廠就是生產(chǎn)‘蜂窩煤’的。” 二○二廠黨委副書記常甲辰說，二○二廠擁有各種堆型的核燃料元件制造能力，能為核電站供應多種“蜂窩煤”。
核燃料球是“蜂窩煤”中最特殊的一種。這種在二○二廠的高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)車間生產(chǎn)出的新型核燃料元件，不同于以往的柱狀造型，而是一種黑乎乎的圓形球體。
二○二廠高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線負責人劉逸波介紹，這條高溫氣冷堆核燃料元件生產(chǎn)線，是全球第一條具有第四代核技術特征的工業(yè)化規(guī)模燃料元件生產(chǎn)線，承載了清華大學30多年的研究成果，具有我國完全自主知識產(chǎn)權。該生產(chǎn)線于2016年8月正式生產(chǎn)，年產(chǎn)30萬個核燃料球。
劉逸波展示著手中的核燃料球說，這種核燃料元件的輻射量很小，是很安全的。“一顆臺球大小的燃料球，直徑6cm，重量200克，內(nèi)含7g核燃料，個頭不大，但能量巨大。”他介紹說，一顆核燃料球完全反應釋放的能量相當于1.5噸標準煤，四顆這樣的“核煤球”就夠一個三口之家的冬季取暖了。
劉逸波介紹，每個核燃料球內(nèi)，有大約12000個圓珠筆尖大小的顆粒，這就是整個元件最核心的部分——二氧化鈾核芯。為了阻止裂變產(chǎn)物的泄露，每個二氧化鈾顆粒身上有4層包覆材料，最內(nèi)層是疏松熱解碳層，負責吸收氣態(tài)的核反應產(chǎn)物和緩解應力，其外有兩層致密熱解碳層和一層碳化硅層。
這是目前最先進的包覆方式。劉逸波說：“相當于給內(nèi)部核燃料及產(chǎn)物穿上陶瓷‘鎧甲’，使得核燃料球能夠在1800℃、450個小時的連續(xù)高溫考驗下，保持完好，無破損，有效防止放射性物質泄漏。”
最終包覆顆粒的粒徑達到0.92mm。接下來，是把無數(shù)的微小顆粒壓制成燃料球。但直接壓制，容易造成顆粒破裂，因此，壓制前要給顆粒“穿衣”，即包裹上一層石墨粉。記者看到，“穿衣”的過程就像滾元宵，包覆顆粒在容器內(nèi)反復翻動，直至在表面均勻地包裹一定厚度的石墨粉。
“穿衣”后的包覆顆粒和基體石墨粉被注入模具，經(jīng)過預壓成為直徑5cm的芯球。之后，其外要再包裹一層5mm厚的石墨球殼，最終成形為直徑6cm的燃料球。這層石墨球殼被稱作“無燃料區(qū)”，是阻止核芯放射性物質泄漏的又一道屏障。
經(jīng)過一系列工藝加工，核燃料球可以經(jīng)受4米高度跌落1800多次，遠大于50次的技術指標要求，保證了內(nèi)部核燃料的可靠密封。
截至目前，二○二廠已生產(chǎn)出60多萬個合格的球形核燃料元件。劉逸波表示，這些核燃料球將送到位于山東省的榮成石島灣核電站高溫氣冷堆示范工程，它是全球首座工業(yè)示范第四代核電站，預計今年建成投產(chǎn)。
