高溫氣冷堆石墨球：憑什么成四代核電王牌？

石墨憑借卓越的性能，在核能領(lǐng)域占據(jù)重要地位。其熱中子吸收截面僅為0.0045barn，散射截面卻高達(dá)4.7barn，中子物理特性優(yōu)異；同時(shí)兼具良好的抗輻照性能、可靠的機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及較高的經(jīng)濟(jì)性，因此被廣泛應(yīng)用于水冷堆、高溫氣冷堆、熔鹽堆等多種反應(yīng)堆類型中。

作為第四代核反應(yīng)堆系統(tǒng)的核心特種燃料元件，高溫氣冷堆石墨球肩負(fù)著關(guān)鍵使命，需滿足高溫穩(wěn)定性佳、放射性裂變產(chǎn)物包容能力強(qiáng)、安全可靠性高等嚴(yán)苛要求。其原材料為核級(jí)石墨，這種石墨具備密度高、純度高、熱導(dǎo)率高、中子慢化效果優(yōu)異等突出特點(diǎn)，能夠在極端輻射與高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，是保障反應(yīng)堆高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。

來源：四川在線

隨著核能技術(shù)的持續(xù)迭代，現(xiàn)代核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)壽命普遍延長(zhǎng)至60年以上。這對(duì)核石墨在長(zhǎng)期運(yùn)行中的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高挑戰(zhàn)，不同工況下對(duì)石墨材料的技術(shù)性能指標(biāo)也愈發(fā)多樣且嚴(yán)格。作為反應(yīng)堆堆芯的關(guān)鍵減速材料，核石墨必須滿足一系列核心質(zhì)量要求：高純度、高密度、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、優(yōu)良的輻照穩(wěn)定性與抗氧化性能、低各向異性、低熱膨脹系數(shù)、適宜的彈性模量，同時(shí)還要控制較低的制造成本。

在純度控制方面，核電工程用石墨有著極高標(biāo)準(zhǔn)，需通過優(yōu)化提純工藝將純度控制在99%~99.99%以上，同時(shí)嚴(yán)格限制氟、氯、溴、硫、鉛、汞、鋅、砷、硼、鈷、鈦等雜質(zhì)元素的含量，避免這些元素在輻照環(huán)境下引發(fā)不良反應(yīng)，影響反應(yīng)堆安全運(yùn)行。

01 行業(yè)發(fā)展格局：本土企業(yè)崛起打破歐美壟斷

在行業(yè)發(fā)展初期，由于技術(shù)壁壘高、運(yùn)行成本高等因素的制約，核級(jí)石墨市場(chǎng)長(zhǎng)期被歐美國(guó)家主導(dǎo)。但近年來，我國(guó)本土企業(yè)持續(xù)發(fā)力，不斷攻克技術(shù)難題，核級(jí)石墨技術(shù)水平顯著提升，為高溫氣冷堆石墨球行業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

政策層面也為行業(yè)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。2025年10月，黨的二十屆四中全會(huì)審議通過的《“十五五”規(guī)劃建議》明確提出，推動(dòng)核聚變能等未來產(chǎn)業(yè)成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。在此背景下，我國(guó)核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐將持續(xù)加快，而高溫氣冷堆石墨球作為保障高溫氣冷堆穩(wěn)定運(yùn)行的核心部件，其市場(chǎng)應(yīng)用需求必然會(huì)不斷增長(zhǎng)，行業(yè)前景十分廣闊。

目前，我國(guó)高溫氣冷堆石墨球的主要生產(chǎn)企業(yè)包括遼寧大化國(guó)瑞新材料有限公司、成都方大炭炭復(fù)合材料股份有限公司、賽邁科先進(jìn)材料股份有限公司等，這些企業(yè)憑借技術(shù)創(chuàng)新與持續(xù)研發(fā)，成為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的中堅(jiān)力量。

國(guó)瑞新材

國(guó)瑞新材成立于2008年，是一家專注于特種石墨生產(chǎn)、為高溫氣冷堆核燃料提供配套產(chǎn)品的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，2024年被認(rèn)定為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)專精特新“小巨人”企業(yè)。公司核心產(chǎn)品包括等靜壓石墨、核純級(jí)石墨，重點(diǎn)應(yīng)用于光伏、半導(dǎo)體、高溫氣冷堆三大領(lǐng)域。

作為行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的標(biāo)桿，國(guó)瑞新材承擔(dān)了國(guó)家科技重大專項(xiàng)06專項(xiàng)“高溫氣冷堆核燃料元件用石墨粉生產(chǎn)技術(shù)研究”課題，并與清華大學(xué)核研院深度合作，成功實(shí)現(xiàn)了“卡脖子”材料核純級(jí)石墨的技術(shù)突破。2016年初，公司產(chǎn)品通過了清華大學(xué)（高溫氣冷堆設(shè)計(jì)方）、華能山東石島灣（終端客戶）等四方評(píng)審，正式獲得中核集團(tuán)核燃料元件合格供應(yīng)商資質(zhì)；2017年，核石墨粉項(xiàng)目順利通過國(guó)家能源局核電司重大專項(xiàng)后補(bǔ)助項(xiàng)目驗(yàn)收評(píng)審。在此基礎(chǔ)上，雙方繼續(xù)攜手開發(fā)核石墨球產(chǎn)品，在2018年-2023年的中試交付階段，國(guó)瑞新材生產(chǎn)的一萬個(gè)石墨球經(jīng)取樣測(cè)試，全部達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，彰顯了其過硬的產(chǎn)品質(zhì)量。

成都炭材

成都炭材專注于等靜壓石墨、碳碳復(fù)合材料及石墨烯等新型碳材料產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)，是一家具備自主研發(fā)能力和持續(xù)創(chuàng)新活力的高新技術(shù)企業(yè)。公司生產(chǎn)的等靜壓石墨制品擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)能位居全國(guó)前列。

早在2006年，成都炭材便開始布局第四代高溫氣冷堆芯石墨產(chǎn)品的研發(fā)。經(jīng)過十幾年的深耕細(xì)作與技術(shù)積累，最新的輻照試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，公司自主研發(fā)的核級(jí)石墨已完全具備國(guó)產(chǎn)替代能力，打破了國(guó)外產(chǎn)品在該領(lǐng)域的依賴，為我國(guó)高溫氣冷堆產(chǎn)業(yè)的自主可控提供了重要支撐。

賽邁科先進(jìn)材料

賽邁科先進(jìn)材料股份有限公司成立于2007年10月，注冊(cè)資本6.1億元，其前身是被譽(yù)為我國(guó)特種石墨“搖籃”的上海碳素廠。成立于1958年的上海碳素廠，是國(guó)內(nèi)最早研發(fā)生產(chǎn)“三高”石墨的企業(yè)，長(zhǎng)期以來都是國(guó)內(nèi)特種石墨領(lǐng)域的領(lǐng)軍者。2007年，公司承接了國(guó)家戰(zhàn)略新興材料（核級(jí)石墨）研發(fā)的重大任務(wù)，憑借深厚的技術(shù)積淀與持續(xù)的創(chuàng)新投入，目前已成功實(shí)現(xiàn)第四代高溫氣冷堆核電站用核級(jí)石墨材料的進(jìn)口替代，在各類第四代核反應(yīng)堆用核級(jí)石墨材料的研發(fā)方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

02 機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存：行業(yè)發(fā)展未來可期

盡管高溫氣冷堆石墨球行業(yè)擁有廣闊的應(yīng)用前景，但當(dāng)前發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)。一方面，產(chǎn)品運(yùn)行成本較高，導(dǎo)致項(xiàng)目投資回收周期偏長(zhǎng)，一定程度上影響了行業(yè)的規(guī)模化擴(kuò)張；另一方面，行業(yè)技術(shù)壁壘較高，對(duì)產(chǎn)品各項(xiàng)參數(shù)的把控要求極為嚴(yán)格，給企業(yè)的生產(chǎn)研發(fā)帶來了不小的壓力。

不過，相關(guān)分析指出，隨著高溫氣冷堆項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程的加快，核石墨球的市場(chǎng)需求將日益旺盛，行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｎ磥恚S著本土企業(yè)持續(xù)加大研發(fā)投入、技術(shù)成熟度不斷提升，我國(guó)高溫氣冷堆石墨球的產(chǎn)量與質(zhì)量將進(jìn)一步提高，行業(yè)面臨的諸多問題也將逐步得到解決。在政策支持與市場(chǎng)需求的雙重驅(qū)動(dòng)下，高溫氣冷堆石墨球行業(yè)必將迎來更加蓬勃的發(fā)展，為我國(guó)第四代核電產(chǎn)業(yè)的崛起提供堅(jiān)實(shí)保障。

王文東等.核電工程用石墨的性能與應(yīng)用研究進(jìn)展

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