众所周知,反应堆压力容器是核电站的“心脏”,是核电站的核心设备之一,也是反应堆一回路系统中唯一不可更换的主设备,承载着重要安全屏障作用。但鲜为人知的是,在反应堆压力容器内壁,有一个看似不起眼却又不可或缺的角色悄然绽放着独特光芒,它既是“守卫者”,也是“预言家”,它就是我们今天的主角——辐照监督管。
在过去很长一段时间内,我国辐照监督管都严重依赖进口,甚至一度被国外垄断,严重影响了我国自主三代核电技术华龙一号的出海计划。为此,中国核动力研究设计院于2010年开启了辐照监督管的自主研发,直到2017年,才真正实现辐照监督管国产化。
这场从“借船出海”到“自己造船远航”的大转变,不仅是技术上的胜利,更是核动力人用智慧和汗水书写的华丽篇章。
争口气
辐照监督管,一个长约1.3米的精巧装置,内部“藏匿”着约2100个左右的秘密武器——监督试样和探测器,它们如同哨兵一般监测着压力容器材质的变化,更有探测器犹如慧眼,洞察着一切微小的波动。
“压力容器长时间处于高温、高压、中子辐照的环境,材质会发生变化,为了看到这种变化,又不能直接把压力容器切一块送去检测,这个时候辐照监督管就派上了大用场。”核动力院辐照监督管自主研发团队技术负责人王泽明给出了更生动的解释,辐照监督管紧贴压力容器内壁放置,跟压力容器处于同一环境,管内装的是压力容器制造时所用的同一批次材料,这样每次抽取辐照监督管检测得到的结果,就可以代表当时压力容器性能的变化,相当于定期给压力容器做一次体检。
如此重要的设备,却长期被国外垄断,国产化迫在眉睫。穿越时光隧道,来到2011年,彼时的核动力院发现了一个不可忽视的事实:作为反应堆压力容器系统中唯一的未被国产化的设备,辐照监督管牢牢攥在外国公司的手中,宛如一把无形枷锁,束缚了中国核能发展的脚步。
于是,一场关于梦想与挑战的征途悄然启程。“辐照监督管虽小,但其复杂的内部构造和技术要求,让国产化之路充满了荆棘。”王泽明感慨地说。
然而,真正的勇士何惧道阻且长?研发之路并非坦途。辐照监督管虽然身形小巧,但其制造技术门槛之高,使得初期尝试屡屡碰壁。国内缺乏成熟的技术和装备支持,每一次试验都像是在黑暗中摸索前行。
2013年,随着国家自主核电发展战略的提出,项目迎来了转机,科研经费的支持如同甘霖洒落,技术攻坚的号角再度吹响。
2015年的一个转折点,更是激发了研发团队的斗志。福清3号机组辐照监督管验收,王泽明随队赴法,本意是求知若渴的学习之旅,却意外演变为心灵的洗礼,面对国外企业严格的保密措施,过程文件如同禁果,实物演示如镜花水月,一股前所未有的挫败感涌上心头。“这一切都像一面镜子,映射出国产化道路的艰辛与不易。”王泽明说,那一刻,他下定决心,一定要做出属于中国人自己的辐照监督管,决不再受制于人。
归国后,王泽明迅速组织团队开展集中攻关,无数次的失败换来的是更加坚定的步伐。终于,2016年底,首个具有完全自主知识产权的辐照监督管问世,各项指标均达到国际一流水准,这不仅是技术的胜利,更是民族精神的彰显。
随后的2018年,辐照监督管迎来了属于自己的高光时刻。首份供应供货合同签订,成功落地巴基斯坦,伴随着华龙一号的闪耀登场,辐照监督管成为“一带一路”核电出海的重要推手,为中国核能技术的国际影响力填上了浓墨重彩的一笔。
“现在,国内核电站基本都是用的我们国产的辐照监督管。”王泽明欣慰地说,我们做到了!
破茧成蝶
每一项科技创新成果的问世,必然要经历无数的“拦路虎”,辐照监督管也不例外。
2013年,一项名为CT试样预制裂纹的技术难题犹如一座巍峨高山挡在面前。顾名思义,预制裂纹,就是把试样先预制一个小的裂纹开口,去模拟它在反应堆整个全寿期里通过辐照以后的变化情况。“这项技术主要就是模拟试样在极端情况下能否经受住考验,试了很多种方法,我们都失败了。”
2014年,CT试样预制裂纹解决了,辐照监督管的倒“几”字型半槽壳以及管体精密焊接成型又摆在了面前,一米多的薄壁管体成型及焊接形变全部要求控制在毫米级以下,每一次折弯角都致力于追求绝对直角,而这些,大家最后都是硬碰硬的“啃”下来了。
王泽明说,每次关键技术瓶颈久攻不下,都会一度让整个研发团队陷入困境,信心遭受重创,但每一次,大家又聚焦问题,相互鼓励、相互信任、相互支撑的地走了出来。
2015年,随着一个个“拦路虎”的解决,辐照监督管国产化研发迎来了最后也是最难的一道难关——温度和剂量探测器制造,而这个难关,似乎看来“不可逾越”。国外严格技术封锁,国内现有技术能力和水平差距甚远。
正当众人感到迷茫之际,一时间,分歧的声音开始浮现。有人主张当前的产品虽然在几个核心零部件上依然无法完全摆脱进口,但是也已经能满足基本需求,应尽快推向市场,以积累经验后再图长远。然而更多的人选择坚守,他们坚信,核心技术不能寄希望于人,必须全力以赴,争取完全自主。尤其是在经历了2015年的验收风波后,研发团队的斗志被彻底点燃。此后,科研人员全身心投入到技术攻关中,誓要啃下这块硬骨头。
首先要解决的就是核心技术问题——高纯石英玻璃精密充氦封装技术。该封装技术是各类温度探测器和剂量探测器研制的最核心、最难攻克的技术之一。“在不到20mm的石英玻璃管里,装上温度和剂量探测丝,再充上氦气,进行两端密封,说起来简单,但是因为探测丝的熔点很低,只有300℃,而在封装时使用的热源温度却很高,可以达到2000℃以上,探测丝离封口的距离只有不足5mm,在不损坏探测丝的情况下,完成封装,是一个非常难、非常精密的技术。”王泽明说,这项技术是对科研人员技艺和勇气的双重考验。就好似匠人在微雕世界里的精心创作,需得经过千锤百炼方显真章。然而,在这毫厘之间施展绝技,谈何容易?任何细微的失误都将功亏一篑。一次次失败、调整、再试验……每一次努力都在悄无声息地积淀着希望。
“国内以前做石英玻璃管封装都是采用火焰封装技术,最多可以把探测器封装长度控制在40mm左右,这跟现在要求核电站辐照监督管探测器封装长度小于20mm有很大差距,所以通过我们不断试验,最终巧妙选择了一种新型热源封装技术,能完美达到各项要求。”王泽明介绍说,为此研发团队还专门设计了一台设备,用于探测器封装,代替传统的人工封装。这台设备平均2到3分钟左右就可以封装好一个探测器,不仅质量得到保证、效率大大提高,而且也更加精致美观。
伴随着核心技术的攻破,一些研制过程中必须的关键实验装置也成功落地。用于考验辐照监督管在实际压力容器运行环境中性能可行性的蒸压试验装置,以及用于确保辐照监督管管体、装填试样及探测器长期工况下密封性的密封氦检漏试验装置等,当时国内并不具备相应设备条件基础,相关装备平台全部依靠研发团队自己设计搭建完成。2016年,中国核能行业协会对核动力院自主研发的反应堆压力容器辐照监督管项目的科技成果给予了极高的评价,三个“国内首次”赞誉的背后,是核动力人对科技创新不懈追求的真实写照。“跟国外同类产品相比,我们自主研发的辐照监督管在关键指标上展现出了明显优势,无论是探测器的温度控制精度,还是剂量探测器的纯度,都实现了质的飞跃。”王泽明肯定地说,这些改进,直接提升了试样出堆后测量的准确度,减少了潜在误差,为后续数据解读提供更加可靠的基础,也更能真实反映出压力容器的状态,进而保障反应堆的安全运行。
除此之外,辐照监督管国产化研制的成功,不仅彻底打破了国外的技术壁垒,一举填补了国内市场多年来的空白,有力地支撑了我国核电及装备建设发展。更重要的是,经济效益显著提升,曾经千万级高价进口成本,现在仅需要几百万,大幅降低了核电站的运营成本。从技术封锁到自主创新,从价格博弈到品质竞争,每一步跨越都是核动力人勇闯科技前沿的见证。未来,随着自主可控技术的持续深化,核动力人必然能在科技的海洋里扬帆远航。