与“核”打交道的人

中核北方核燃料元件有限公司(以下简称“二○二厂”)位于内蒙古自治区包头市。目前我国大陆有47台在运核电机组，而为核电站提供核燃料元件的生产厂全国只有两家，二○二厂就是其中之一。

二○二厂成立于1958年，曾为国家“两弹一艇”和核电事业做出过重要贡献，是我国首座核燃料元件厂。现如今，这里已发展成为中国核燃料元件种类最多、技术路线最全的生产供应商，拥有重水堆、压水堆、AP1000和高温气冷堆等多条核电燃料元件生产线。

坐落于包头市青山区的二○二厂，外界对它的印象是：防护严密、等级森严。据包头人讲，从前，当地人出于对“核”的恐惧和对核燃料元件生产的不了解，担心核辐射，一般都不愿意到二○二厂周边买房。

然而，当我们在盛夏时节走进厂区却发现，厂区内绿树掩映，鲜花盛开，空气清新，核燃料元件生产线设于一栋栋现代化小楼内，更像是一家科研单位。

进入核燃料元件生产车间，一线工作人员只穿着一件普通工作服。“核燃料元件在制备过程中，就像刚开采出的原煤，并没有发生裂变反应，属于弱放射性物质。”二○二厂压水堆核燃料元件生产线负责人杨光宇解释说：“一张薄薄的纸就能挡住物料释放的α射线，没必要穿辐射防护服。”

尽管如此，为尽可能减少工作人员直接接触生产物料的次数，生产车间采用自动化流水线，从原料提纯到加工生产出成品，全部由机械设备完成。偌大的车间，只看见两三个工作人员，实现了安全和效率的最大化。

上海油压工作室记者发现，每名生产人员的胸前都佩戴着一个U盘型的配饰。杨光宇说，这是他们的“护身符”，叫作辐射计量器。辐射计量器内含有特殊晶体，可以吸收物料所散发出来的各类射线，从而确定生产人员所接受的辐射剂量是否超标。

根据测算，即使在核燃料元件厂工作一年，工作人员受到的有效辐射剂量也仅相当于做1次X光透视。一线生产工人开玩笑说：“比起贴满大理石的豪华装修房，生产车间内的辐射量要低得多。”

上海油压工作室核燃料元件厂排向环境中的放射性物质更少，辐射剂量仅为0.01m Sv(毫希弗，辐射单位)，相当于每人每年所受天然辐射量的0.24%，基本可以忽略不计。“二○二厂全部采用密闭厂房，而且是负压设计，只能让外部空气进，厂房内的空气却出不去。”杨光宇说。

由于安全性高、核辐射低，核燃料元件厂不会影响人们在其周边生活，德国、法国、荷兰的核燃料元件厂都在市区内，二○二厂也位于包头市青山区。近年来，随着人们对“核”和平应用的进一步了解，二○二厂已不再是居民购房的“禁区”，周边居民楼林立，学校、医院、商业街等一应俱全，广场上有跳舞的、打牌的、遛狗的，充满了生活气息。

徒手能拿的“核煤球”

上海油压工作室“把核电站比作一台锅炉，核燃料元件就像‘蜂窝煤’，我们厂就是生产‘蜂窝煤’的。” 二○二厂党委副书记常甲辰说，二○二厂拥有各种堆型的核燃料元件制造能力，能为核电站供应多种“蜂窝煤”。

核燃料球是“蜂窝煤”中最特殊的一种。这种在二○二厂的高温气冷堆核燃料元件生产车间生产出的新型核燃料元件，不同于以往的柱状造型，而是一种黑乎乎的圆形球体。

二○二厂高温气冷堆核燃料元件生产线负责人刘逸波介绍，这条高温气冷堆核燃料元件生产线，是全球第一条具有第四代核技术特征的工业化规模燃料元件生产线，承载了清华大学30多年的研究成果，具有我国完全自主知识产权。该生产线于2016年8月正式生产，年产30万个核燃料球。

刘逸波展示着手中的核燃料球说，这种核燃料元件的辐射量很小，是很安全的。“一颗台球大小的燃料球，直径6cm，重量200克，内含7g核燃料，个头不大，但能量巨大。”他介绍说，一颗核燃料球完全反应释放的能量相当于1.5吨标准煤，四颗这样的“核煤球”就够一个三口之家的冬季取暖了。

上海油压工作室刘逸波介绍，每个核燃料球内，有大约12000个圆珠笔尖大小的颗粒，这就是整个元件最核心的部分——二氧化铀核芯。为了阻止裂变产物的泄露，每个二氧化铀颗粒身上有4层包覆材料，最内层是疏松热解碳层，负责吸收气态的核反应产物和缓解应力，其外有两层致密热解碳层和一层碳化硅层。

上海油压工作室这是目前最先进的包覆方式。刘逸波说：“相当于给内部核燃料及产物穿上陶瓷‘铠甲’，使得核燃料球能够在1800℃、450个小时的连续高温考验下，保持完好，无破损，有效防止放射性物质泄漏。”

最终包覆颗粒的粒径达到0.92mm。接下来，是把无数的微小颗粒压制成燃料球。但直接压制，容易造成颗粒破裂，因此，压制前要给颗粒“穿衣”，即包裹上一层石墨粉。记者看到，“穿衣”的过程就像滚元宵，包覆颗粒在容器内反复翻动，直至在表面均匀地包裹一定厚度的石墨粉。

上海油压工作室“穿衣”后的包覆颗粒和基体石墨粉被注入模具，经过预压成为直径5cm的芯球。之后，其外要再包裹一层5mm厚的石墨球壳，最终成形为直径6cm的燃料球。这层石墨球壳被称作“无燃料区”，是阻止核芯放射性物质泄漏的又一道屏障。

经过一系列工艺加工，核燃料球可以经受4米高度跌落1800多次，远大于50次的技术指标要求，保证了内部核燃料的可靠密封。

截至目前，二○二厂已生产出60多万个合格的球形核燃料元件。刘逸波表示，这些核燃料球将送到位于山东省的荣成石岛湾核电站高温气冷堆示范工程，它是全球首座工业示范第四代核电站，预计今年建成投产。