我國自主知識產權三代核電“華龍一號”走出國門的背后，是無數科技創新的支撐。這其中，先進燃料的研發既是核心，也是難點。

“落后產品不賣給你們中國還能給誰?”

上世紀80年代初，國產燃料剛開始自主化研發，只能摸著石頭過河，通過為數不多的渠道去獲得少許國外燃料設計相關信息，再不斷嘗試、改進，經過無數次迭代成功開發了應用于30萬千瓦反應堆的燃料組件CF1。

因為CF1燃料設計較早，研發之路又一度中斷，使得目前國內百萬千瓦級核電站大都采用法國設計的AFA系列燃料組件。

“2008年，在大亞灣核電站AFA3G燃料組件會議上，法方代表說，‘我們舊格架庫存量很大，落后產品不賣給你們中國還能給誰?’當時他們傲慢的神情，我至今不敢忘。”中核集團核燃料元件技術領域首席專家、CF項目總設計師焦擁軍說，這句話也都深深地印刻在每一位燃料人的腦海里，落后就要挨打。

為了突破核燃料“卡脖子”困境，適應我國核電出口和應用的需求，中核集團在國防科工局等相關部委支持下，于2010年將“CF系列燃料(壓水堆燃料元件設計制造技術)”列為集團首批科技重點專項之一、“龍騰2020”科技創新計劃核心組成部分。

由餐盤引發的設計靈感

隨著CF專項立項，CF燃料系列研發工作有條不紊地展開，但問題也隨之而來。“國內大部分核電站都采用法國AFA3G燃料組件，要實現CF燃料裝堆應用，不可避免地會出現與法國燃料在同一個反應堆內同時使用的情況，燃料組件的相容性是一個巨大的挑戰。”燃料領域專家張鳳林說。

CF燃料與法國燃料保持總體結構特征相近是保證燃料組件相容性的基礎，而與之相矛盾的是，“中國芯”需要擁有完全的自主知識產權，這就要求必須通過大量的創新設計來突破國外專利和技術轉讓協議的限制。

下管座作為燃料組件的支撐底座，是冷卻劑進入燃料組件的第一個關鍵部件。

正如凱庫勒通過夢見蛇才發現苯環結構，設計的靈感往往來源于日常生活。

研發團隊一位成員在家吃早飯的時候，家中餐盤的形狀和擺放引起了他的注意。踏破鐵鞋無覓處，餐盤間隙形成的空間曲面通道不正是團隊一直在尋找的異物克星嗎!

在餐盤的“幫助”下，研發團隊終于顛覆性地設計了功構一體化的空間曲面下管座。

下管座只是CF燃料組件 “新芯”科技中的一個縮影。正是因為這些創新設計，“中國芯”擁有完全的自主知識產權，研發過程中已申請發明專利百余項，同時對“華龍一號”目標出口國也開展了專利布局，申請了國際專利15項，先后獲得了管理創新成果獎、中國先進技術轉化應用獎，更是斬獲了中核集團科技進步特等獎、國防科技進步一等獎等榮譽。

“N36”橫空出世

包殼是核反應堆燃料組件最重要的結構之一，包殼管壁需要承擔起核反應堆“第一道安全屏障”的重任。

在Zr-4合金之后，美國(ZIRLO)、法國(M5)以及俄羅斯(E635)均打造了自己的高性能鋯合金品牌。然而，我國卻遲遲沒有一款屬于自己的鋯合金包殼材料。

中核集團對于包殼材料的發展早有前瞻性的預判：沒有具有自主知識產權的高性能鋯合金，中國的核電事業發展就會被“卡脖子”。因此，核動力院形成了以設計需求為牽引、材料研發為主體的多單位緊密協同合作的研發創新大團隊。

在中國工程院院士周邦新的帶領下，從最基本的成分設計、優選出發，在龐大的鋯合金體系中選出40多種合金配方，逐一熔煉、測試、分析，熔煉錠從紐扣錠到3公斤、7公斤再到36公斤。

數千個日日夜夜的堅守，終于換來一種性能優異鋯合金材料橫空出世，取名“N36”。

N36產業鏈橫跨大半個中國，從西北的熔煉鍛造車間到東南的管材廠，都能看到核動力院人為N36工業化制備不懈奮斗的身影。

在這個跨單位、跨專業、跨地域協同作戰的大團隊的努力下，歷時近十年，終于逐步突破了260公斤級、500公斤級和噸級N36鋯合金管棒材研制，為N36鋯合金在CF組件上的應用奠定了材料制備基礎。

時任專家組組長的中國工程院院士李冠興對該項目給予了高度評價：“核電強國必須要用我們國家自己的技術，今天，我們終于實現了歷史性的跨越發展。”

入堆，商用，開花結果

CF燃料的研發在經歷設計、制造和堆外試驗等環節后，終于迎來了大考——入堆輻照考驗。這意味著CF燃料工程化、商用化的落地。

2020年11月28日，177組CF燃料組件裝入“華龍一號”海外首堆——巴基斯坦卡拉奇核電站工程2號機組，拉開了CF燃料組件大批量應用的大幕，數十年的研發終于開花結果。