核燃料原件是核反应堆内以核燃料作为主要成分的结构上独立的最小构件，是核燃料产业的最终产品，核电站的能量源泉，也是核反应堆的核心部件。
中核北方此次的生产线工艺优化和自动化改造项目，实现了我国年产30万个球形燃料元件的制造能力，并提升了高温气冷堆球形燃料元件制造批量化、规模化技术水平，完善了球形燃料元件制造的工程化能力，将为高温气冷堆示范工程的顺利实施和稳定运行提供坚实的核心技术保障。
“本项目对全球首条具有工业化规模的球形燃料元件生产线建设运行起到了有益的补充，推进高温气冷堆燃料元件制造技术和生产线的工程化具有重要意义。” 中核北方副总经理张杰介绍。
球形核燃料元件制备，是指将穿衣后的包覆颗粒与基体石墨粉均匀混合后经压制、低温碳化、车削、高温纯化等工艺制造出成品球形燃料元件的过程。
在未经优化的制备工艺下，燃料球在低温碳化过程中，酚醛树脂发生碳化，分解为小分子有机物和树脂炭，由于炭化和气体释放的不均匀，容易造成炭化后燃料球开裂无法发现的内部缺陷而导致压碎强度降低。因此，燃料球制备调试主要技术难题是减少燃料球的开裂现象，实现作业过程的精准控制，提升燃料球成品率。
张杰介绍，高温气冷堆球形燃料元件主要由二氧化铀(UO2)为核芯的包覆颗粒及基体石墨粉组成。该项目开展的生产线工艺优化主要是针对UO2核芯颗粒制备、包覆燃料颗粒制备、基体石墨粉制造、燃料球压制和热处理等工艺的优化改进，以实现二氧化铀核芯产品、包覆燃料颗粒产品及燃料球产品合格率的稳步提升。同时，通过包覆颗粒各层厚度快速检测装置、包覆颗粒各层密度自动滴定装置的研制，实现图像采集、精确测量与数据分析、管理、输出一体化的功能，显著提高了检测效率。
球形核燃料元件成品球。中核北方供图
据了解，该项目通过开展高温气冷堆球形燃料元件核芯颗粒制备、包覆颗粒制备、燃料球制备及基体石墨粉制备工艺优化改进，在已完成核芯烧结自动上下料、燃料球压制自动上下料和车削自动识别上料等自动化装置改造的基础上，继续进行了包覆区、燃料球成型区和车削区的自动除尘系统设计和改造，以及燃料球全自动化包装装置的设计和改造。自动化改进项目的实施，解决了工程化应用过程中出现的效率、衔接和质量稳定问题，优化工艺流程，全面提升生产线自动化水平，降低人为因素影响，建立稳定的产品生产线，进一步提高了燃料元件制造成品率和生产效率。