中核集团重水堆生产钴-60技术填补国内空白

        日前，中国核学会评选的首届“中国十大核科技进展(2011.6—2013.6)”揭晓，“利用坎杜(CANDU)堆生产钴-60的辐照-分装生产线正式投产”项目(以下简称“钴-60生产项目”)名列其中。
        钴-60是一种放射性同位素，在辐照消毒、食品保鲜、医学治疗等领域有着广泛应用。我国每年钴-60需求量约1000万居里，约占全球钴-60年需求量的20%以上。然而，我国的钴源曾经几乎全部依靠进口。
打破被动的转机出现在2011年。
        2011年，中核集团公司自主研发的钴-60项目实现工业化生产，不仅填补了国内大批量生产钴-60的空白，我国也成为继加拿大和俄罗斯之后，世界上第三个掌握并拥有利用核电反应堆生产钴-60工业放射源技术的国家。
        正如每一个自主创新项目，钴-60项目同样走过了一条崎岖坎坷的道路。从项目立项艰难探索，到攻克难关实现自主生产，其间的每一步艰难与奋斗，原秦山第三核电有限公司副总经理、现任秦山核电基地副总经理的张振华和他带领的秦山三核钴-60研发团队的每个成员都记忆犹新。
迎接朝阳
        重水堆生产钴-60，是堆型本身具备的性能之一。重水堆有21根长期插在堆芯的不锈钢调节棒组件，将其更换成钴-59调节棒组件，接受中子辐照以后便产生了钴-60放射源。
        早在1996年秦山三期核电工程技术谈判期间，秦山三核即着手一并引进钴-60生产技术，但之后因合同价格问题而未能达成协议。1998年，国家有关部门组织秦山三期重水堆核电站工程初步设计审查时，专家又建议利用重水堆生产钴-60。
        然而，对于是否生产钴-60，公司内部仍有不同的声音：“核电站主业是安全发电，搞好安全运行就行了”，“钴-60生产会带来一定风险，没有必要冒这个风险”……各种对核电站安全的担忧不绝于耳。
        尽管眼前的路布满迷雾，但这条路非走不可。
        核技术应用产业在我国是一个蒸蒸日上的朝阳产业，将来的经济规模可能甚至超过核电。但产业的持续健康发展，离不开像钴-60这样的“源”的稳定供应。
        “秦山两台机组的钴-60年产量可达600万居里，不仅可以满足国内一半以上的需求量，而且对提升中核集团公司核应用技术竞争力，乃至推动整个核技术应用行业发展都有重要意义。”张振华表示。之所以有这样的选择，秦山三核早已有自己的运筹。在全球，重水堆数量较少。在中国，秦山三核的重水堆更是唯一。这个少数派如何在压水堆作为主流的大势下，寻找到长足的发展空间，是秦山三核领导层一直思索和探寻的问题。钴-60生产项目让他们看到了“星星之火”的曙光，打通了一条“从钴-60生产到回收铀利用再到钍资源利用”的跨越式发展之路。







        2000年前后，有关方面也曾多次与国外钴-60生产商进行合作谈判，但均以失败告终。谈及这段往事，项目组长唐炯然的话语间流露出“无核心技术，无话语权”的无奈。但正是这段“一波数折”的经历，让中核集团公司更加坚定了自主创新的决心。
        为了推进项目开展，2004年，中核集团公司决定举全集团之力共同完成此项目，并指定中国同位素公司(中国同辐有限公司前身)牵头管理，秦山三核具体执行，同时委托上海核工院进行钴调节棒设计和安全论证，中核北方核燃料元件有限公司进行钴调节棒研制，中国原子能研究院负责热室分装工作，核工业第二研究设计院(现中国核电工程有限公司)开展运输容器研制。
漫漫征途
        在引进的大型核电站上进行堆芯主要设备修改，这在国内还是首次。“将不锈钢组件替换成钴调节棒，从反应堆设计学的角度讲，相当于重新建造一个堆。”项目组副组长陈明军说。加之秦山三期重水堆工程只是容量引进，不是技术引进，国外对相关技术严格封锁，研发团队所获取的信息只是仅有的一些公开资料中的只言片语，自主研发难度可见一斑。
        其实，不光是堆芯修改设计，对于研发团队来说，他们需要解决的还有钴调节棒组件的研制、更换操作和强放射性物质运输的辐射安全以及制造出有信誉的合格产品等一系列技术难题。以钴调节棒组件的研制为例，由于是第一次接触，就连钴棒密度应该高还是应该低，应该购买什么样规格的原材料，研发团队也只能在实践中一点点摸索。为了买到合格的材料，负责项目协调的王文利和中核北方的有关技术人员几乎跑遍了全国所有的材料供货商。
        “每遇到关键难题，都是唐总带领大家坚持了下来。”大家提到的唐总，正是项目组长唐炯然。这位被研发团队成员称为“灵魂”的人物，参加该项目时，已是临近退休的年龄。原本该“过着闲散生活”的他，却带领着一群年轻人，奔波于每一个参与单位之间。无论是生产技术现场，还是大大小小的审批研讨会上，总能看见他的身影。
        正是在各单位锲而不舍的努力下，2006年钴-60生产项目攻克了主要技术难关。然而，对于研发团队来说，此时走完的只是万里长征的第一程，只有通过国家核安全局的审评，项目才有现实意义。
        “两年，比新建核电站审查还要长一年，还要严格，不仅有预审查、三轮正式审查，还有一次遗留问题答疑。”陈明军说。2008年6月，钴-60生产项目通过评审获得批准。
追求卓越
        “虽然我们通过计算论证等措施层层把关，保证技术设计安全可靠，但是设计和应用是两回事。”陈明军坦言。
的确，对于核电企业来说，核安全大于天。如何保证钴调节棒组件更换过程中不出问题，犹如悬在研发团队头上的一把利剑，也是绝不能动摇的底线。
        “我们是第一次做，没有经验，所以我们专门设计制作了一比一的模拟操作台架和模拟钴调节棒组件，在每一次实施前开展模拟操作演练，对培训操作人员进行考核，实行授权上岗。”负责钴棒入堆、出堆任务的章日俊说，“然后有针对性地编写我们的操作规程、辐射防护方案、去污方案、吊装规范以及应急处理方案等，制作相应的专用操作工具。”实际操作的过程中，从拆除到安装，一整套流程包含几百个操作步骤，都是在几无立锥之地的反应堆控制机构平台上进行，任何细微的失误都可能带来很严重的后果。所以操作人员严格按照程序执行，及时总结经验持续改进，强化质量和风险管控，将问题消灭于“萌芽”状态。
        正是由于充分的前期准备，严格的执行过程，后期的总结与改进，保证了每次更换都一次成功。而秦山三核企业文化中的“追求卓越”的基因，也促使研发团队“一次比一次做得更好”。2010年5月27日，首批辐照后的21根国产钴调节棒从秦山第三核电站安全卸出，比原计划提前3天。截至目前，钴棒更换时间已从最初的18天缩短至13天。
        时至今日，王文利仍记得第一批钴源生产时的情景。“第一批钴棒解体后，我和唐总赶到原子能院的热室，想看看钴棒切割后，钴源的源芯是什么样子。之前，听有关专家介绍说，如果钴棒生产不成功，切开后里面会有水流出。虽然研发过程的每一步都是按照规程来做的，但是没有见到实体，心总是悬着。”2010年7月的一天，她和唐炯然早早地便来到原子能院热室的门口，他们到达时，热室的工作人员还没上班。
        经过辐照后的钴棒静静地放置在水池内。操作人员透过热室的透视窗，握着机械手小心翼翼地进行着切割。切割工具划开钴棒的一刹那，从银白色的钴棒中散发出一道蓝光。幽幽的蓝在水池中留下了一道印迹，也为秦山三核“三个跨越”的蓝图绘上了浓重的一笔。
        “从生产钴-60到利用回收铀和钍资源，这是一个逐步攀升的过程，也是一个逐级攻克的难关。虽然每迈出一步都很难，但相信我们最终能走完。”陈明军说。如今，这支致力重水堆研究的团队又在回收铀应用的征程中前行，并力争实现更大的突破。