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原子能院微堆低浓化改造小记

来源:中国核工业报  发布日期:2016-05-12

  4月1日,在美国华盛顿举行的第四届核安全峰会上,中国国家主席习近平在讲话中把“中国原子能科学研究院高浓铀微堆已经顺利完成改造,开始使用更为安全的低浓铀燃料;中国协助加纳改造其高浓铀微堆的项目也取得了积极进展”列为中方在兑现国际承诺中取得的重大成果。而这一成绩的背后凝聚着原子能院微型反应堆研究室全体职工的心血和汗水。

  创新:多个“首次” 多套方案

  此次成功实现低浓化改造的微堆,是我国首座微型中子源反应堆,也被称为原型微堆。此次改造就是要在不改变堆芯尺寸的情况下把高浓铀燃料替换成低浓铀燃料,同时微堆的通量、功率、核参数等仍然要符合要求,能够满足其用途和应用需求。其中,第一个“拦路虎”就是把原有的高浓铀燃料组件卸出,随后才能进行替换工作。

  不过,微堆原来的卸料方式并不符合下一步低浓化转化的要求,微堆研究室的工作人员只能制定一套全新的卸料操作方案。“不仅卸料方式是全新的,操作中还有其他很多创新之处,比如卸料支架、吊装工具、屏蔽容器等许多设备都是首次设计、加工,就是为了能用到这次卸料操作中。”在微堆低浓化改造中负责机械设计工作的郝倩说。

  为确保卸料工作按期、安全完成,工作人员进行了周密、细致的前期准备工作,每一步操作都周密考虑并落实到细节。

  原型微堆堆芯在水下5米多深,而燃料组件的吊装接口却是一个直径只有7毫米的小孔。想要把连接着钢丝绳的吊装工具深入水中并对准小孔,操作的难度可想而知。

  为保证操作的可靠性和可行性,大家集思广益,在前期设计了多套方案,不但从功能、需求方面考虑,还就物理计算、实践经验等方面提出多项建议,并结合现场情况来来回回修改多次,才最终形成了一套安全、稳妥的方案。

  为了考验这套方案,工作人员加工了一个比实际堆芯还重的模拟堆芯,在办公楼高处进行了多次模拟操作实验。考虑到操作人员的手法各不相同,他们还设计加工了几种不同的工具接口,并根据实验情况,让大家选择符合自己操作习惯的工具,并做好数套备选方案。

  2015年9月16日,原型微堆高浓铀堆芯卸料工作顺利完成。郝倩和同事们都觉得,卸料工作之所以能够顺利进行,得益于大家前期做好的充分准备。

  专注:细心耐心 塑造完美

  随着改造工作的推进,今年春节前,工作人员已经忙着给装料实验做准备了。354根燃料元件,每根长27厘米、直径约5毫米,工作人员就是要把这些像筷子一样粗细的燃料棒组装起来,之间的间隙也只有约5毫米。

  燃料元件包壳很薄,组装过程中不能出现小坑或划痕,需要加倍细心和耐心才能完成。为最大程度地保护元件,工作人员小心翼翼地用指尖操作,装配每一根燃料元件。为了赶时间、抢进度,六七个人轮流干,整整花了一天时间才完成。因为手指不断发力,每个人的指尖都被磨红了。

  3月3 日,原型微堆首次成功达到临界状态;3月26日上午,低浓化改造圆满完成,首次实现满功率运行,这标志着我国已经完全掌握了微堆低浓化技术,具备后续为全球商业微堆实施低浓化改造的能力。

  实际上,从临界到满功率运行这段时间,每个人都处于非常紧张的状态,因为还有很多物理实验需要完成。比如,测量反应堆部件价值每天都要进行多次实验,每次实验又有N多步骤,每进行一步,工作人员都要盯着功率表测周期,而这个周期只在30秒到60秒以内。

  “这种精神上的紧张和忙碌其实是最累的。实验完成后,我最先想到的就是要回家好好睡上一觉!”负责微堆低浓化中的辐射防护及装料工作的彭旦笑着说。

  奉献:既拼脑力 也拼体力

  很多人印象中的科技工作者都是文质彬彬、书生气十足的形象,可实际上,为了自己热爱的事业,在需要出力气的时候,他们也会毫不犹豫地甩开膀子、撩起袖子。在微堆低浓化改造工作中,不少科研人员在完成科研任务的同时还要参加现场布置工作,有些甚至是繁重的体力活儿。此时,他们拼的不仅是脑力,还有体力。

  卸料时必须用到一些体积大、重量沉的屏蔽容器和设备,可现场吊车的使用范围有限且受场地限制,无法用来搬运和布置这些设备。“甚至连叉车、电瓶车都用不了,只能靠人力,同时还必须保证安全,我们只好想了很多土办法,还挺有效果。”微堆研究室党支部书记牛胜利回忆说。进行现场布置时正值七八月份,天气炎热,大家往往累得汗流浃背。卸料完成后,装有乏燃料的容器必须尽快运至别处暂存,偏偏那天下起了雨。大家毫不迟疑,冒着雨忙了整整一上午,确保了容器运输安全。当雨水和汗水交织流淌在每一名现场工作人员的脸上和身上时,这一幕也深深地定格在牛胜利的心中。

  如今亮出了漂亮的成绩单,大家终于可以暂时松口气了。但他们深知,未来仍将面临很多更新、更重的任务。第四届核安全峰会期间发布的《中美核安全合作联合声明》中明确提出,要对目前国内最后一座高浓铀微堆——深圳大学微堆进行低浓化改造,并且加快推进加纳和尼日利亚微堆低浓化工作。

  “微堆研究室李义国主任前几天还发给我一个今后工作的进程,其中也包括国际合作。”牛胜利说:“可以说,今后我们工作的节奏还是比较紧张的。我们会努力做好后续工作,争取把原子能院微堆事业推向另一个高峰,为我国核工业的发展,为国际核安保工作作出贡献!”(虞莉婷)

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