徐同喜，王 威

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

按照我國(guó)核能發(fā)展“熱堆、快堆、聚變堆”三步走戰(zhàn)略，早在20世紀(jì)80年代，我國(guó)便開始部署著眼于長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的快堆技術(shù)［1］。65 MW熱功率的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆（China Experimental Fast Re?actor，簡(jiǎn)稱CEFR）的預(yù)先研究在“七五”時(shí)期列入863計(jì)劃。1995年，CEFR工程項(xiàng)目正式立項(xiàng)，2000年澆灌第1罐混凝土。經(jīng)過(guò)十余年的艱苦努力，CEFR工程于2010年實(shí)現(xiàn)首次臨界，2011年實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆首爐燃料組件和控制棒組件由俄羅斯設(shè)計(jì)和制造，自首次臨界以來(lái)，累計(jì)運(yùn)行了超過(guò)65個(gè)有效滿功率天，低于技術(shù)條件規(guī)定的（燃料組件240-320、控制棒組件240-400）有效滿功率天。但考慮到首爐燃料組件和控制棒組件在CEFR堆內(nèi)已經(jīng)停留9年6個(gè)月，超過(guò)了技術(shù)條件中關(guān)于堆內(nèi)停留（2-2.5年）的期限，因此，依據(jù)國(guó)家核安全局要求，對(duì)其首爐燃料組件和控制棒組件繼續(xù)運(yùn)行至（240-400）有效滿功率天的安全性等內(nèi)容進(jìn)行了核安全審評(píng)。

1 審評(píng)依據(jù)

核安全審評(píng)工作首先需遵守《核安全法》［2］和《中華人民共和國(guó)民用核設(shè)施安全監(jiān)督管理?xiàng)l例》［3］等頂層的法律和條例；還需遵守相關(guān)法規(guī)和導(dǎo)則的要求，如《研究堆設(shè)計(jì)安全規(guī)定》［4］和《研究堆運(yùn)行安全規(guī)定》［5］；其次遵照相應(yīng)導(dǎo)則要求，如《核動(dòng)力廠燃料裝卸和貯存系統(tǒng)設(shè)計(jì)》［6］和《核電廠的抗震設(shè)計(jì)與鑒定》［7］；此外，還應(yīng)依據(jù)《中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆最終安全分析報(bào)告》［8］中相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容。

需要特別指出的是，目前我國(guó)核安全監(jiān)管的相關(guān)法規(guī)體系多是以壓水堆為基礎(chǔ)，缺乏快堆相關(guān)的體系文件，且CEFR為國(guó)內(nèi)首座快中子堆，國(guó)內(nèi)無(wú)運(yùn)行實(shí)踐作為參考。在本次審評(píng)開展的過(guò)程中，充分參考了日本文殊堆、法國(guó)鳳凰堆、俄羅斯BN600和BOR60等快堆運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

2 論證報(bào)告說(shuō)明

營(yíng)運(yùn)單位在相關(guān)的論證報(bào)告中，對(duì)于首爐燃料組件和控制棒組件的運(yùn)行期限規(guī)定和運(yùn)行歷史進(jìn)行了描述說(shuō)明，并從組件腐蝕、輻照損傷、P1組件出堆檢測(cè)結(jié)果（堆內(nèi)停留3.5年）和國(guó)外快堆組件運(yùn)行情況等方面進(jìn)行了全面分析。論證了首爐燃料組件和控制棒組件在堆內(nèi)停留9年6月，累積運(yùn)行65.7有效滿功率天后，仍可運(yùn)行至組件設(shè)計(jì)壽期末（燃料組件240-320、控制棒組件240-400有效滿功率天）。CEFR控制棒和燃料組件的運(yùn)行狀況和技術(shù)要求等見(jiàn)表1~表4。

表1 首爐燃料和控制棒組件貯存和運(yùn)行時(shí)間節(jié)點(diǎn)Table 1 Storage and operation time nodes of first furnace fuel and control rod assembly

表2 CEFR不同功率下運(yùn)行時(shí)間Table 2 Operation time of CEFR under different power

表3 CEFR燃料組件貯存和運(yùn)行技術(shù)要求Table 3 Technical requirements for storage and operation of CEFR fuel assembly

表4 CEFR控制棒組件貯存和運(yùn)行技術(shù)要求Table 4 Technical requirements for storage and operation of CEFR control rod assembly

3 審評(píng)中的重點(diǎn)問(wèn)題及建議

3.1 審評(píng)中的重點(diǎn)問(wèn)題

下面針對(duì)本次審評(píng)過(guò)程中的幾個(gè)主要問(wèn)題，進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3.1.1 腐蝕裕量和限值問(wèn)題

通過(guò)對(duì)燃料組件和控制棒組件腐蝕裕量和限值情況的全面梳理，表明CEFR燃料棒包殼內(nèi)、外表面腐蝕限值為25.4μm，設(shè)計(jì)值為外表面15μm和內(nèi)表面20μm。CEFR最終安全分析報(bào)告中控制棒組件內(nèi)表面腐蝕厚度不超過(guò)100μm，俄方《控制棒組件說(shuō)明書》中內(nèi)表面腐蝕設(shè)計(jì)值為10μm。控制棒包殼外表面無(wú)腐蝕限值要求。

通過(guò)腐蝕計(jì)算表明，燃料組件外表面腐蝕計(jì)算值8.97μm，未超過(guò)相關(guān)腐蝕限值。燃料組件內(nèi)表面腐蝕主要與燃耗相關(guān)，由于燃料燃耗較淺，到壽期末包殼影響厚度不超過(guò)20μm，未超過(guò)設(shè)計(jì)值，也未超過(guò)腐蝕限值?？刂瓢艚M件外表面腐蝕計(jì)算值為10.42μm，內(nèi)表面腐蝕計(jì)算值為20.57μm，內(nèi)表面腐蝕未超過(guò)限值但超過(guò)了俄方技術(shù)文件的設(shè)計(jì)值，同時(shí)外表面腐蝕由于缺乏相關(guān)限值不作評(píng)定。

根據(jù)腐蝕分析計(jì)算的結(jié)果，燃料組件即使繼續(xù)運(yùn)行至240-320有效滿功率天，其包殼內(nèi)、外表面的腐蝕計(jì)算值均未超出俄方技術(shù)文件的設(shè)計(jì)值，是可接受的；控制棒組件即使繼續(xù)運(yùn)行至240-400有效滿功率天，其包殼內(nèi)表面的腐蝕計(jì)算值未超出限值。

但是，腐蝕計(jì)算分析由于采用的腐蝕曲線并非CEFR實(shí)堆曲線，并且存在250℃外推數(shù)據(jù)無(wú)法驗(yàn)證的情況，計(jì)算不確定性較大。為此請(qǐng)營(yíng)運(yùn)單位應(yīng)在條件允許時(shí)，盡快開展卸料燃料組件的腐蝕相關(guān)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)工作，并持續(xù)關(guān)注組件腐蝕狀況，確保后續(xù)運(yùn)行中組件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

3.1.2 組件堆內(nèi)運(yùn)行時(shí)間超期限問(wèn)題

CEFR首爐的二氧化鈾燃料和控制棒組件為俄羅斯設(shè)計(jì)和制造，根據(jù)俄方技術(shù)文件要求，當(dāng)燃料組件和控制棒組件達(dá)到2-3年的堆內(nèi)運(yùn)行期限時(shí)，應(yīng)從反應(yīng)堆或儲(chǔ)存井中取出。截至2019年12月，堆內(nèi)燃料和控制棒組件運(yùn)行時(shí)間為9.5年，超出了技術(shù)條件的要求。

營(yíng)運(yùn)單位指出燃料組件和控制棒組件超過(guò)2-3年“應(yīng)從堆芯和貯存井中取出”是燃料合同中規(guī)定的質(zhì)量擔(dān)保期內(nèi)的質(zhì)保條件和雙方責(zé)任，該2-3年的數(shù)值不是CEFR燃料組件和控制棒組件的設(shè)計(jì)限值。

同時(shí)營(yíng)運(yùn)單位對(duì)目前的首爐組件，進(jìn)行了腐蝕和結(jié)構(gòu)完整性的理論分析評(píng)估，認(rèn)為未超限值；抽取6個(gè)組件進(jìn)行了自焊檢查，無(wú)自焊現(xiàn)象；對(duì)2017年12月出堆的P1組件進(jìn)行了外觀和金相檢查，驗(yàn)證了組件無(wú)明顯腐蝕情況等。

2019年12月，營(yíng)運(yùn)單位邀請(qǐng)了俄羅斯BN600專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)咨詢和指導(dǎo)，形成的結(jié)論是“如果換料周期（80有效滿功率天）后對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和目視檢查并取得良好的結(jié)果，CEFR堆芯燃料組件在1個(gè)換料周期（240-320個(gè)有效滿功率天）內(nèi)可以繼續(xù)高功率運(yùn)行”。

在審評(píng)對(duì)話工程中，審評(píng)單位要求營(yíng)運(yùn)單位按俄羅斯專家意見(jiàn)，滿功率運(yùn)行80天后取出典型燃料組件進(jìn)行檢查，以確認(rèn)組件狀態(tài)。營(yíng)運(yùn)單位在對(duì)話單中指出，CEFR技術(shù)規(guī)格書中規(guī)定“乏燃料件在卸出堆之前在堆內(nèi)乏燃料貯存井內(nèi)的停留時(shí)間不得小于160天，以防止剩余發(fā)熱過(guò)大引起燃料包殼破損”；同時(shí)，根據(jù)熱室檢驗(yàn)屏蔽要求和操作經(jīng)驗(yàn)，已輻照燃料組件一般需要冷卻4-6個(gè)月，才可進(jìn)入熱室進(jìn)行檢驗(yàn)。換料期間無(wú)法完成燃料組件的檢查工作，承諾在滿功率運(yùn)行80天停堆后，將開展第二盒P1組件的檢查（已堆內(nèi)停留6年多）來(lái)代替燃料組件的狀態(tài)檢查，并通過(guò)對(duì)單盒組件流量的測(cè)量和理論分析對(duì)比來(lái)評(píng)估繞絲可能出現(xiàn)的異常等工作。

對(duì)于未裝入堆芯但儲(chǔ)存時(shí)間已超過(guò)技術(shù)條件規(guī)定的擔(dān)保期的組件，承諾將在其再次入堆之前邀請(qǐng)俄方專家進(jìn)行技術(shù)檢查。

審評(píng)單位認(rèn)為開展的腐蝕和完整性分析中，由于沒(méi)有CEFR實(shí)堆數(shù)據(jù)和存在腐蝕曲線外推等因素，計(jì)算不確定性較大。現(xiàn)階段采用第二盒P1組件的替代燃料組件檢查的方式是基本可接受的。后續(xù)條件允許時(shí)需開展乏燃料組件的驗(yàn)證檢查。

3.1.3 國(guó)外快堆組件的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)問(wèn)題

營(yíng)運(yùn)單位援引日本文殊堆和法國(guó)鳳凰堆燃料組件的運(yùn)行情況作為參考，但相關(guān)信息提供并不完整，無(wú)法判斷這兩個(gè)堆組件的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可支撐“本項(xiàng)目組件可繼續(xù)安全運(yùn)行”這個(gè)結(jié)論。

對(duì)此，營(yíng)運(yùn)單位補(bǔ)充列舉了日本文殊堆和法國(guó)鳳凰堆燃料組件的主要參數(shù)與CEFR燃料組件的對(duì)比信息，并指出國(guó)外兩堆與CEFR燃料組件采用同一類結(jié)構(gòu)材料，且其主元素含量接近。因此，雖然包殼直徑和壁厚有所不同，但包殼材料的輻照性能、腐蝕性能和力學(xué)性能具有相似性。文殊堆和鳳凰堆的結(jié)果對(duì)CEFR的燃料組件的性能評(píng)估具有一定的支撐和借鑒作用。

審評(píng)單位認(rèn)為日本文殊堆和法國(guó)鳳凰堆的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以作為審評(píng)參考，也從運(yùn)行實(shí)踐的角度給出了CEFR燃料組件和控制棒組件繼續(xù)運(yùn)行的安全保障。

但由于CEFR設(shè)計(jì)參考的是俄羅斯BN600和BOR60等快堆，俄羅斯兩個(gè)堆的數(shù)據(jù)和運(yùn)行情況才更具代表性。

3.2 審評(píng)建議

審評(píng)建議如下：

（1）后續(xù)須嚴(yán)格按照合同質(zhì)保期的規(guī)定，按時(shí)進(jìn)行相關(guān)檢查和專家審查，如果不執(zhí)行相關(guān)條款，應(yīng)先結(jié)合國(guó)際經(jīng)驗(yàn)（尤其是俄羅斯經(jīng)驗(yàn)）提交修改論證報(bào)告，審評(píng)通過(guò)后方可實(shí)施。

（2）運(yùn)行80個(gè)等效滿功率天后，開展第二盒P1組件的檢查（含補(bǔ)充腐蝕計(jì)算的理論分析對(duì)比）、自焊檢查、繞絲狀態(tài)檢查。

（3）后續(xù)運(yùn)行中，連續(xù)監(jiān)測(cè)并嚴(yán)格控制冷卻劑鈉中的雜質(zhì)含量不超限值，一、二回路鈉堵塞溫度不能高于限值，密切監(jiān)測(cè)燃料組件破損探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)數(shù)據(jù)，保證反應(yīng)堆運(yùn)行安全。

（4）持續(xù)關(guān)注組件的腐蝕狀況，條件允許后，盡快開展代表性燃料組件的檢查，驗(yàn)證腐蝕計(jì)算內(nèi)容，檢查組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保后續(xù)運(yùn)行中組件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

（5）積極調(diào)研俄方BN600和BOR60組件的運(yùn)行、存放、卸料等方面的經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在CEFR首爐燃料組件和控制棒組件的審評(píng)過(guò)程中，審評(píng)單位以核安全法規(guī)為依據(jù)，識(shí)別出了CEFR首爐燃料組件和控制棒組件繼續(xù)運(yùn)行可能存在的核安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)可能影響核安全的重要問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)關(guān)注，并結(jié)合目前CEFR的運(yùn)行狀況給出了保障安全運(yùn)行的建議，為CE?FR首爐燃料和控制棒組件的繼續(xù)運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。