2018年3月15日，我國(guó)國(guó)產(chǎn)第三代核電華龍一號(hào)全球首堆福清5號(hào)機(jī)組堆內(nèi)構(gòu)件驗(yàn)收暨交付大會(huì)在東海之濱舉行。車間大門緩緩打開，有“龍骨”美譽(yù)之稱的堆內(nèi)構(gòu)件在聚光燈前掀去神秘面紗，正式邁出了它在國(guó)產(chǎn)核電和關(guān)鍵設(shè)備研制舞臺(tái)上亮相的最美一步。

堆內(nèi)構(gòu)件流致振動(dòng)試驗(yàn)

而它的出生地，卻在四川。“華龍一號(hào)”福清5號(hào)機(jī)組堆內(nèi)構(gòu)件由中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)研發(fā)設(shè)計(jì)，是我國(guó)第三代核電技術(shù)華龍一號(hào)關(guān)鍵設(shè)備大家庭中的重要一員。它滿足國(guó)內(nèi)和國(guó)際最先進(jìn)的核電法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，具備完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

別看它的名字平淡無奇，但在在核反應(yīng)堆的所有設(shè)備里，堆內(nèi)構(gòu)件屬于關(guān)鍵中的關(guān)鍵。它為堆芯提供支承和定位，就好比“巨龍”軀體中的“骨骼”。

堆內(nèi)構(gòu)件位于反應(yīng)堆一回路主設(shè)備壓力容器之中。10多米的高度和近200噸的重量，讓這副“龍骨”無比剛強(qiáng)堅(jiān)實(shí)。整個(gè)核電運(yùn)行的核心和動(dòng)力源泉——核燃料組件，就安裝在堆內(nèi)構(gòu)件里。堆內(nèi)構(gòu)件小心翼翼地盛托起這個(gè)“心””，并為“心臟”上延伸出來的各條“血管”提供精準(zhǔn)地連接和定位。

體積雖大，它卻是個(gè)不折不扣的“精密設(shè)備”。

堆內(nèi)構(gòu)件中，有兩塊直徑近4米的圓形板，板上有許多孔洞，177組燃料組件就要從這些孔洞中穿過，被牢牢地固定在堆內(nèi)構(gòu)件中。“每組燃料組件的尺寸為214*214毫米，每組的間隙僅為1毫米，按技術(shù)要求，其間的公差不能超過零點(diǎn)零幾毫米。”中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院核動(dòng)力設(shè)計(jì)研究所副所長(zhǎng)曹銳說。

要在如此巨大的設(shè)備上保證頭發(fā)絲般細(xì)致的精度，如何做到?曹銳說，在構(gòu)件的加工上，除了各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)尺寸近乎嚴(yán)苛的把控之外，車間的溫度還必須恒定在20多攝氏度，“因?yàn)槟呐率嵌煜奶觳煌臍鉁?，都?huì)讓構(gòu)件熱脹冷縮，產(chǎn)生幾毫米的誤差。”

不僅如此，設(shè)備安裝時(shí)，上下兩塊板之間相隔4米多的距離，要求孔與孔之間必須對(duì)齊。在4米多的距離上，兩個(gè)孔的對(duì)齊誤差不能超過0.25毫米，“上下的孔對(duì)齊，才能保證控制棒能夠順利插下來”，曹銳說。這樣才能讓核裂變反應(yīng)“可控”，一旦控制棒不能順利插下來，將造成嚴(yán)重的核事故。

此外，堆芯的布置、材料的性能、制造的難度、與其他設(shè)備的接口、熱工水力的影響……這些都是堆內(nèi)構(gòu)件在研發(fā)過程中需要攻克的一道道難關(guān)。

“龍骨”的制造需要用到多種牌號(hào)、不同類別的金屬材料。為了給這些龐大的材料數(shù)據(jù)定“規(guī)則”、立“規(guī)矩”，每一份材料的力學(xué)要求、化學(xué)成分、金相檢驗(yàn)等都必須有章可循;作為第三代核電技術(shù)，所有的堆芯測(cè)量裝置都從堆內(nèi)構(gòu)件的上方引入，密密麻麻的導(dǎo)管要在堆內(nèi)構(gòu)件上部不大的空間內(nèi)布置得井然有序、互不干涉，其難度堪比一臺(tái)復(fù)雜的外科手術(shù)。