新技術、新產品是市場良性競爭的產物，更是行業發展的風向標。在核能領域，核燃料研發和創新方興未艾，各國核電巨頭呈你追我趕之勢，絲毫不亞于在核電先進堆型上的競技。
據了解福島核事故后，在追求更高固有安全性理念的引導下，基于更高安全性、更高可靠性、更優經濟性的考慮，先進燃料型號研發及材料創新勢頭強勁，美國西屋公司、法國阿海琺、日本東芝公司等各國核電巨頭借助技術革新加速了新一代先進燃料研發，而且通過迅速占領市場穩固產業支撐，以此引領全球核燃料技術發展進步。
業內專家表示，作為反應堆核熱轉換的基本單元以及放射性裂變產物包容的首道屏障，核燃料自誕生至今，已經歷多次升級換代和技術革新。除堆型研發外，核燃料研發是各國在核能領域競爭力的重要體現。
國外巨頭強勢布局
公開信息顯示，阿海琺新型核燃料陣營中主要包括ATRIUMTM11先進沸水堆燃料，以及GAIA和HTPTM壓水堆燃料。7月初，阿海琺簽署5.6億美元的核燃料合同，從2020年開始向4個不同的核電設施供應ATRIUMTM11以及GAIA和HTPTM。
據了解，作為阿法海最先進的沸水堆燃料，ATRIUMTM11通過提高鈾的使用效率，滿足高能量燃料循環的需求，提高成本收益和更高的運行靈活性，尤其適用于已實施功率提升和優化容量因子運營策略的核電站。目前全球已有5座反應堆采用ATRIUMTM11燃料；
GAIA壓水堆燃料設計中包括了能夠提高燃料組件結構穩定性的Q12鋯合金結構材料，使燃料具備更高的熱性能和改良的機械性能，目前全球有兩座反應堆采用該燃料；HTPTM燃料組件將推進核電站在2030年前向更長的燃料循環過渡，目前全球約有20000套HTPTM燃料組件裝入了50座反應堆，近一半組件在美國。
相比阿海琺的多點開花，西屋公司則專注于具有事故容錯燃料（ATF）特征的新型核燃料研發。
業內專家介紹，ATF可以提高燃料元件抵御嚴重事故的能力，與現有核燃料相比，能夠在較長時間內抵抗嚴重事故工況，同時保持或提高其在正常運行工況下性能的新型燃料系統。根據預計，采用事故容錯燃料技術研制的新型核燃料有望于2022年前后在商業反應堆中測試并推廣。
西屋公司核燃料專家王國強介紹，西屋先進新型燃料EnCore具有事故容錯燃料特征，其設計包括新的包殼材料和新型高鈾密度燃料芯塊材料，預期最多能夠降低10.3%的電廠運行成本，并提高燃料在事故工況下抗氧化和降低產氫的能力。該燃料已完成設計和初步方案論證，目前正在按計劃制造EnCore先導測試棒，預計該產品最早于2018年完成，于2022年計劃進行先導測試組件組裝。
據了解，西屋公司已于今年6月正式向全球客戶推EnCore燃料，而且目前正利用自有資源以及來自美國能源部的資助和電廠業主提供的資金支持，通過行業內的合作盡快將該燃料投放市場。
此外，東芝公司也研發了能夠提高燃料在事故工況下抗氧化和降低產氫能力的SiC包殼，目前已成功制備出非全比例尺寸的SiC包殼管，后續將繼續推進全比例尺寸SiC包殼管制備、事故工況下包殼氧化建模以及正常運行工況下的燃料輻照性能研究。
中國燃料嶄露頭角
伴隨核電規模化發展，以及自主核電品牌誕生，中國近年來在先進核燃料領域的研發投入逐年增長。除研發自主知識產權的壓水堆燃料組件外，我國在高溫氣冷堆、快堆、鉛基堆等堆型的燃料研發方面展開了攻關。
寧德核電一期全景
中國核燃料有限公司副總經理辛鋒在上述核工程大會上透露，先進燃料研發離不開強有力的產業支撐，中國目前已建立起完備的核燃料制造及研發工業體系。
據了解，我國目前已掌握世界上主要壓水堆、重水堆等核燃料組件的生產制造技術，已建成AFA3G、CANDU-6、AP1000、HGTR等類型燃料元件生產線，可全面滿足我國核電發展和“走出去”需求。但是，大部分壓水堆核電站所用的燃料組件是中外合作，引進設計和制造技術在國內制造而成，具備自主知識產權的高性能商業核燃料元件一直是中國核電的短板。而且，基于國際上自主開發反應堆型號要配套核燃料元件研發的慣例，燃料元件短板也掣肘著中國核電“走出去”。
不過，這個短板正在補上。
記者此前從中核集團了解到，該集團具有自主知識產權的CF系列燃料組件已經獲突破性進展，預計今年將陸續實現工業化應用，將用于華龍一號核電站，性能與國際先進燃料組件相當，能夠滿足國內外開工建設的華龍一號工程的燃料需求。此外，中廣核也已研制出自主品牌的12英尺核燃料元件STEP-12。記者了解到，根據已完成試驗的數據，STEP-12核燃料元件的綜合性能已經與目前批量采用的國外成熟核燃料元件相當。
在新型核燃料尤其是ATF領域，中國正緊跟國際步伐。
2016年發布的《能源技術革命創新行動計劃２０１６－２０３０》與《能源技術革命重點創新行動路線圖》明確了ATF相關重點研發任務。國家能源局今年初印發的《能源技術創新“十三五”規劃》再次明確，我國要研制ATF元件，研制性能優于M5、ZIRLO合金的新鋯合金包殼材料。該規劃要求，“十三五”期間，ATF應完成可行性驗證及初步設計，適時啟動材料堆外性能測試、堆內輻照考驗；同時在第一代ATF反饋基礎上，積極優化革新型第二代ATF燃料新材料選型論證及關鍵技術研究。
據了解，我國已經設立ATF重大科研專項，并組織起一支由核電企業、科研機構、高校組成的“國家隊”和產業聯盟，旨在突破相關技術難點，努力躋身在該領域的全球第一方陣。
公開信息顯示，截至去年6月，ＡＴＦ國家重大專項已在概率設計、評價準則與選型方法、燃料元件三維分析軟件開發及行為研究、安全分析評價、概率安全分析、離子輻照方法與分析等燃料總體設計、系統評價方面取得研究成果。
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