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鋼絲繩上跳“芭蕾”:一場近500次的極限實驗
文章來源:中核集團 日期:2019年10月15日

  

  10月8日,國慶節后第一天深夜23時05分,萬籟寂靜。可是位于成都的中核集團中國核動力研究設計院工作區內,CF核燃料組件臨界熱流密度實驗正在進行。實驗的課題組成員謝士杰正目不轉睛地盯著顯示屏上的溫度曲線,當其飛升至750℃時,他迅速地點擊褐色的功率切除鍵,馬上,曲線逆勢而下。

  “點擊鼠標鍵”這樣一項簡單的操作,必須在溫度處于700~750℃這一區間的1秒內進行。實驗人員必須捕捉到這一瞬間,提前或是延后,實驗均告失敗。更為嚴重的是,一旦溫度突破750℃,實驗用燃料棒將被燒毀,損失達數百萬之巨,還會極大地影響我國自主核燃料組件研發的進程。

  這就好比在鋼絲繩上跳芭蕾,當前國際上僅有美、法等國能夠成功開展此類實驗,而中國是世界上掌握此項技術的少數國家之一。截至目前,這場“芭蕾”,課題組已經“跳”了近500次,并逐漸練就了賣油翁視微如著的“眼力”和庖丁游刃有余的“刀工”。

  據了解,CF核燃料研發項目于2010年獲得中核集團專項批復。中核核反應堆熱工水力技術重點實驗室承擔了CF核燃料組件臨界熱流密度實驗研究任務,當時組建了以郎雪梅、秦勝杰、謝士杰等為核心的CF核燃料臨界熱流密度實驗團隊,隨著人員的調動,仇子鋮、杜代全等先后加入了研究團隊,并成為骨干。用她的話說,“這一路走來,真是屢敗屢戰、越戰越勇”。

  雖然目前研究團隊已經成功駕馭這項實驗,使中國成為少數掌握此項技術的國家,但是前進的道路并不一帆風順,他們并不幸運,意外遭遇了“冷棒臨界問題”的困擾,也因此,CF核燃料研發一度停滯不前,他們的心頭被一塊巨石壓得透不過氣來。

  CF燃料臨界熱流密度實驗是模擬核燃料組件在反應堆運行及事故工況下熱工安全邊界的關鍵實驗。其中,燃料棒組件按照5×5的方式排列。按照實驗設計,位于中間的3×3的9根熱棒應該先達到臨界,但是實驗過程中,處于外圍的16根冷棒卻先觸發了臨界。業內人士都知道,“冷棒臨界”數據不是有效的實驗數據。

  “這個問題的確讓我們很頭疼、很頭疼。我們被它糾纏了快三年。”郎雪梅苦笑的臉上,依稀可見當年的無奈,“我們一次又一次的實驗,一次又一次的失敗,然后就不停在分析原因。”

  

  據悉,2013年~2015年,從課題組所在的重點實驗室,再到反應堆工程研究所,再到核動力院,甚至邀請國內外知名專家院士多次會診,共同尋找“病根”,可是效果并不理想,甚至出現了對課題組提出質疑的聲音,認為他們并沒有能力勝任這項實驗。

  對此,大家都不服氣。“我們肯定有能力解決這一問題。”不愿服輸的他們總感覺破解的玄機就在實驗使用的格架上。

  為了攻克這一難關,課題組成員幾乎瘋魔。據介紹,課題組成員秦勝杰曾一個月目不轉睛地盯著原型格架的組件,他腦子里幾乎全都是格架結構。謝士杰為了保證加熱元件的制造精度,曾帶病駐廠一個月之久,犧牲了節假日。仇子鋮為了提高實驗成功率,在裝置上走了一圈又一圈,梳理各項操作規程,量化各項安裝指標。杜代全為了確保實驗數據處理方法正確,一連數月沉浸在數萬行代碼程序中不能自拔……在研究團隊的共同努力下,課題組拿出了8種實驗用格架設計的建議方案,并通過計算分析遴選出2種最佳的方案,加工制作并進行實驗。

  2015年8月15日,再次開展實驗時,顯示器上的曲線走勢終于符合實驗預期時,課題組成員歡欣鼓舞,汗水、加班、熬夜……,全部拋到腦后!困擾整個團隊近3年的冷棒臨界問題得到了徹底的解決,這意味著為我國核燃料自主化之路掃清了障礙,助推我國核燃料自主研發之路又向前邁出了關鍵的一步。該項課題于2018年獲國防科學技術二等獎和中核集團公司科學技術一等獎。

  

  “真的非常感謝那時的一股倔強勁兒、一股不服輸的勁兒。在最艱難的時刻,大家都挺住了,沒有因為被質疑而退縮,才有CF核燃料研發現在順利的進度。也因為此,我們課題組順利篩選出具有自主知識產權、熱工性能達到國際先進水平的定位格架。”郎雪梅回憶說,“核燃料組件沒有最好,只有更好,課題組將繼續悉心鉆研,不斷為我國自主核燃料發展保駕護航。”(盛安陵)

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