走访：新西伯利亚化学浓缩物厂 参观核电站燃料组件的生产全过程

新西伯利亚化学浓缩物厂（NZHK）是俄罗斯国家原子能集团燃料公司（TVEL）的一部分，隶属于俄罗斯原子能集团（Rosatom）的燃料部门。俄罗斯国家原子能集团燃料公司独家为俄罗斯核电站、船舶和研究反应堆提供核燃料。俄罗斯原子能集团控制着核电站的整个产业链——从铀矿石的开采，直至核电站的建造和核燃料的供应。新西伯利亚化学浓缩物厂是其中一环，负责生产核燃料。

在新西伯利亚化学浓缩物厂，制造浓缩铀的燃料块，然后将它们封装到锆合金管中，并用热组件（TVS）固定到一起，并将其发送到核电站。该厂为VVER-1000、VVER-1200核反应堆提供燃料。俄罗斯原子能集团的客户遍及俄罗斯、欧洲、亚洲和中东，其中一些核燃料是为西方国家常见的PWR系列科研核反应堆生产的。俄罗斯原子能集团大约为世界上20%的科研核反应堆提供核燃料。

2023年，新西伯利亚化学浓缩物厂庆祝了它成立75周年纪念日。世界上每六个核反应堆就有一个使用该厂生产的核燃料。除核燃料之外，该厂还生产世界上最纯净的锂-7，他们提供了世界锂-7消费量的70%。

本文为俄罗斯博主“Gelio”撰写的介绍文章，本人翻译并编辑给大家分享。

核燃料不仅仅是在反应堆中发生反应，并产生热能的物质，这是一个复杂技术装置，可以实现核裂变过程。换句话说，您不能简单地取出浓缩铀并将其直接倒入反应堆中，因为核燃料本身的结构要复杂得多。

作为核燃料的燃料组件（TVS）是由几百个燃料元件（TVEL）和承载框架组成的盒式结构。简单形容就是大约300根直径9mm，长约4米的薄壁金属管，组装成一个整体结构。每根金属管内都装满了二氧化铀芯块，并从两端密封。这些TVS就是新西伯利亚化学浓缩物厂的最终产品。

用于核燃料生产的铀矿石在跨贝加尔地区和哈萨克斯坦开采。采矿企业生产干燥的铀精矿——“黄饼”。随后，“黄饼”经过精炼去除杂质，并转化成为具有天然铀-235同位素含量的六氟化铀。随后，这些产品抵达工厂，最后被送往新西伯利亚化学浓缩物厂。在该厂，这些物质被制造成二氧化铀芯块，并最终成为核电站使用的核燃料。

燃料元件（TVEL）内部有核燃料颗粒，经过研磨和压制处理的二氧化铀。一枚热释放元件重量为4.5～5克，其发出的热量相当于900千克煤炭、750立方米天然气、650千克原油。

在第一阶段，生产二氧化铀粉末。重要的步骤是活动一些成分和物理状态都处于均质状态的粉末，然后再对其进行压制成颗粒。

制造过程从混合增塑剂、铝粉和二氧化铀开始。新西伯利亚化学浓缩物厂是苏联第一个使用“干”压制工艺制造核燃料芯块的企业。这种工艺确保了生产过程和环境的安全。然后将压制好的燃料芯块在氢气还原环境中，在1750℃环境中烧结20小时。成品燃料芯块经过校准并抛光表面。这样，它们就可以进行组装了。

成品燃料芯块放置在薄壁锆合金管中，管子两端进行焊接密封。这样一根密封好的金属管就是燃料元件，即将准备组装成燃料组件。

将二氧化铀芯块装入燃料元件金属管的生产设备。

新西伯利亚化学浓缩物厂每年生产600吨燃料芯块。该厂拥有整个制造流程的设备，从原材料的制备，到运往核电站的成品燃料组件。

放置在燃料组件的燃料元件之间，彼此要保持一定距离。为了保持这个距离，需要使用带有特殊金属元件的定位网格。每个金属元件都是一个六棱柱体，并有向内的半圆形突起。这种设计允许插入燃料元件的金属管，并可以可靠地对其进行固定，还能够保持彼此的间距，这对于运输和操作燃料组件非常重要。

定位网格的组装主要由手工完成，工人将每个金属元件逐一安放到定位网格内，然后再将燃料元件插入其中。

定位网格组装完成后，还要检查金属元件的位置是否符合要求。

燃料组件的组装。每根燃料元件的金属管都要插入每个定位网格内的特定金属元件中。一个燃料组件包括大约300根燃料元件。一座现代化的核电站，1000兆瓦反应堆的核心内，163个燃料组件同时运行，内部大约有5万个燃料元件，其中含有约80吨铀-235。

燃料组件的组装车间内，燃料组件处于不同的生产阶段。当所有的燃料元件在定位网格中就位后，头部和底部的固定部件安装到两端的定位网格上，以便将燃料组件固定在反应堆容器内，并与冷却液进行接触。

将燃料元件插入到燃料组件内定位网格的设备。

燃料元件彼此之间保持一定的间隔。

燃料元件已经进行了密封焊接，内部的自由空间充满了2 MPa压力的氦气，这增加了热量分布的均匀性和金属壳体的稳定性。

成品燃料组件的最后检验。

成品燃料组件被装进保护容器内，每个容器可以装两个燃料组件，然后这种容器将被运往核电站。该厂生产用于VVER-1000、VVER-1200和压水核反应堆的燃料组件。一个燃料组件可以持续工作4～5年。

除了核电站燃料组件外，新西伯利亚化学浓缩物厂还有几条其他产品线，其中之一就是锂。该厂生产的锂主要优点就是纯度，纯度可以达到99.999%，排名世界第一。电池制造商、冶金企业和化工企业都会采购大量的锂。

新西伯利亚化学浓缩物厂是全球两家锂-7生产商之一，锂-7主要用于核能试剂和压水反应堆主冷却剂的添加剂。该厂的产品覆盖了全球70%的锂-7消费量。