我国自主知识产权三代核电“华龙一号”走出国门的背后，是无数科技创新的支撑。这其中，先进燃料的研发既是核心，也是难点。

“落后产品不卖给你们中国还能给谁？”

上世纪80年代初，国产燃料刚开始自主化研发，只能摸着石头过河，通过为数不多的渠道去获得少许国外燃料设计相关信息，再不断尝试、改进，经过无数次迭代成功开发了应用于30万千瓦反应堆的燃料组件CF1。

因为CF1燃料设计较早，研发之路又一度中断，使得目前国内百万千瓦级核电站大都采用法国设计的AFA系列燃料组件。

“2008年，在大亚湾核电站AFA3G燃料组件会议上，法方代表说，‘我们旧格架库存量很大，落后产品不卖给你们中国还能给谁？’当时他们傲慢的神情，我至今不敢忘。”中核集团核燃料元件技术领域首席专家、CF项目总设计师焦拥军说，这句话也都深深地印刻在每一位燃料人的脑海里，落后就要挨打。

为了突破核燃料“卡脖子”困境，适应我国核电出口和应用的需求，中核集团在国防科工局等相关部委支持下，于2010年将“CF系列燃料（压水堆燃料元件设计制造技术）”列为集团首批科技重点专项之一、“龙腾2020”科技创新计划核心组成部分。

由餐盘引发的设计灵感

随着CF专项立项，CF燃料系列研发工作有条不紊地展开，但问题也随之而来。“国内大部分核电站都采用法国AFA3G燃料组件，要实现CF燃料装堆应用，不可避免地会出现与法国燃料在同一个反应堆内同时使用的情况，燃料组件的相容性是一个巨大的挑战。”燃料领域专家张凤林说。

CF燃料与法国燃料保持总体结构特征相近是保证燃料组件相容性的基础，而与之相矛盾的是，“中国芯”需要拥有完全的自主知识产权，这就要求必须通过大量的创新设计来突破国外专利和技术转让协议的限制。

下管座作为燃料组件的支撑底座，是冷却剂进入燃料组件的第一个关键部件。

正如凯库勒通过梦见蛇才发现苯环结构，设计的灵感往往来源于日常生活。

研发团队一位成员在家吃早饭的时候，家中餐盘的形状和摆放引起了他的注意。踏破铁鞋无觅处，餐盘间隙形成的空间曲面通道不正是团队一直在寻找的异物克星吗！

在餐盘的“帮助”下，研发团队终于颠覆性地设计了功构一体化的空间曲面下管座。

下管座只是CF燃料组件 “新芯”科技中的一个缩影。正是因为这些创新设计，“中国芯”拥有完全的自主知识产权，研发过程中已申请发明专利百余项，同时对“华龙一号”目标出口国也开展了专利布局，申请了国际专利15项，先后获得了管理创新成果奖、中国先进技术转化应用奖，更是斩获了中核集团科技进步特等奖、国防科技进步一等奖等荣誉。

“N36”横空出世

包壳是核反应堆燃料组件最重要的结构之一，包壳管壁需要承担起核反应堆“第一道安全屏障”的重任。

在Zr-4合金之后，美国(ZIRLO)、法国(M5)以及俄罗斯(E635)均打造了自己的高性能锆合金品牌。然而，我国却迟迟没有一款属于自己的锆合金包壳材料。

中核集团对于包壳材料的发展早有前瞻性的预判：没有具有自主知识产权的高性能锆合金，中国的核电事业发展就会被“卡脖子”。因此，核动力院形成了以设计需求为牵引、材料研发为主体的多单位紧密协同合作的研发创新大团队。

在中国工程院院士周邦新的带领下，从最基本的成分设计、优选出发，在庞大的锆合金体系中选出40多种合金配方，逐一熔炼、测试、分析，熔炼锭从纽扣锭到3公斤、7公斤再到36公斤。

数千个日日夜夜的坚守，终于换来一种性能优异锆合金材料横空出世，取名“N36”。

N36产业链横跨大半个中国，从西北的熔炼锻造车间到东南的管材厂，都能看到核动力院人为N36工业化制备不懈奋斗的身影。

在这个跨单位、跨专业、跨地域协同作战的大团队的努力下，历时近十年，终于逐步突破了260公斤级、500公斤级和吨级N36锆合金管棒材研制，为N36锆合金在CF组件上的应用奠定了材料制备基础。

时任专家组组长的中国工程院院士李冠兴对该项目给予了高度评价：“核电强国必须要用我们国家自己的技术，今天，我们终于实现了历史性的跨越发展。”

入堆，商用，开花结果

CF燃料的研发在经历设计、制造和堆外试验等环节后，终于迎来了大考——入堆辐照考验。这意味着CF燃料工程化、商用化的落地。

2020年11月28日，177组CF燃料组件装入“华龙一号”海外首堆——巴基斯坦卡拉奇核电站工程2号机组，拉开了CF燃料组件大批量应用的大幕，数十年的研发终于开花结果。