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4.7barn，中子物理特性優(yōu)異；同時兼具良好的抗輻照性能、可靠的機械強度、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及較高的經(jīng)濟性，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、安全可靠性高等嚴苛要求。其原材料為核級石墨，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，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)計壽命普遍延長至60年以上。這對核石墨在長期運行中的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高挑戰(zhàn)，不同工況下對石墨材料的技術(shù)性能指標也愈發(fā)多樣且嚴格。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準，需通過優(yōu)化提純工藝將純度控制在99%~99.99%以上，同時嚴格限制氟、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、運行成本高等因素的制約，核級石墨市場長期被歐美國家主導(dǎo)。但近年來，我國本土企業(yè)持續(xù)發(fā)力，不斷攻克技術(shù)難題，核級石墨技術(shù)水平顯著提升，為高溫氣冷堆石墨球行業(yè)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

政策層面也為行業(yè)發(fā)展注入強勁動力。2025年10月，黨的二十屆四中全會審議通過的《“十五五”規(guī)劃建議》明確提出，推動核聚變能等未來產(chǎn)業(yè)成為新的經(jīng)濟增長點。在此背景下，我國核能產(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)定運行的核心部件，其市場應(yīng)用需求必然會不斷增長，行業(yè)前景十分廣闊。

目前，我國高溫氣冷堆石墨球的主要生產(chǎn)企業(yè)包括遼寧大化國瑞新材料有限公司、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)，成為推動行業(yè)發(fā)展的中堅力量。

國瑞新材

國瑞新材成立于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)品的國家高新技術(shù)企業(yè)，2024年被認定為國家級重點專精特新“小巨人”企業(yè)。公司核心產(chǎn)品包括等靜壓石墨、核純級石墨，重點應(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)新的標桿，國瑞新材承擔(dān)了國家科技重大專項06專項“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，成功實現(xiàn)了“卡脖子”材料核純級石墨的技術(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)計方）、華能山東石島灣（終端客戶）等四方評審，正式獲得中核集團核燃料元件合格供應(yīng)商資質(zhì)；2017年，核石墨粉項目順利通過國家能源局核電司重大專項后補助項目驗收評審。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，國瑞新材生產(chǎn)的一萬個石墨球經(jīng)取樣測試，全部達到設(shè)計標準，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，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產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)能位居全國前列。

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)過十幾年的深耕細作與技術(shù)積累，最新的輻照試驗數(shù)據(jù)表明，公司自主研發(fā)的核級石墨已完全具備國產(chǎn)替代能力，打破了國外產(chǎn)品在該領(lǐng)域的依賴，為我國高溫氣冷堆產(chǎn)業(yè)的自主可控提供了重要支撐。

賽邁科先進材料

賽邁科先進材料股份有限公司成立于2007年10月，注冊資本6.1億元，其前身是被譽為我國特種石墨“搖籃”的上海碳素廠。成立于1958年的上海碳素廠，是國內(nèi)最早研發(fā)生產(chǎn)“三高”石墨的企業(yè)，長期以來都是國內(nèi)特種石墨領(lǐng)域的領(lǐng)軍者。2007年，公司承接了國家戰(zhàn)略新興材料（核級石墨）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，目前已成功實現(xiàn)第四代高溫氣冷堆核電站用核級石墨材料的進口替代，在各類第四代核反應(yīng)堆用核級石墨材料的研發(fā)方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

02 機遇與挑戰(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)品運行成本較高，導(dǎo)致項目投資回收周期偏長，一定程度上影響了行業(yè)的規(guī)?；瘮U張；另一方面，行業(yè)技術(shù)壁壘較高，對產(chǎn)品各項參數(shù)的把控要求極為嚴格，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，隨著高溫氣冷堆項目建設(shè)進程的加快，核石墨球的市場需求將日益旺盛，行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。未來，隨著本土企業(yè)持續(xù)加大研發(fā)投入、技術(shù)成熟度不斷提升，我國高溫氣冷堆石墨球的產(chǎn)量與質(zhì)量將進一步提高，行業(yè)面臨的諸多問題也將逐步得到解決。在政策支持與市場需求的雙重驅(qū)動下，高溫氣冷堆石墨球行業(yè)必將迎來更加蓬勃的發(fā)展，為我國第四代核電產(chǎn)業(yè)的崛起提供堅實保障。

王文東等.核電工程用石墨的性能與應(yīng)用研究進展

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