#科技# 华龙一号首堆年底投产 中国核电潜“龙”腾空

22.3 兆帕

  我们日常接触的大气压为0.1兆帕,而福清核电5号机组一回路工作压强为15.5兆帕。根据设计方案,一回路设计压强约为17兆帕。但冷试的峰值是22.3兆帕,相当于手掌大的面积上得承载10辆满载小轿车的重量。

  5月13日5时,华龙一号全球首堆——中核集团福清核电5号机组(以下简称福清核电5号机组)安全壳厂房内压力降至大气压。在所有参试人员的共同注目下,通往内层安全壳的闸门缓缓打开,这标志着福清核电5号机组内层安全壳整体性试验圆满完成!

  安全壳整体性试验包括密封性和强度试验,是机组装料前的大型综合性试验,旨在验证华龙一号全球首堆第三道安全屏障的完整性和可靠性。本次试验历时9天,试验过程安全质量可控无偏差,且首次开展安全壳泄漏率验证试验并一次合格。

  5月23日,全国人大代表、中国核工业集团有限公司总经理、党组副书记顾军在接受媒体采访时透露,华龙一号全球首堆福清核电5号机组有望今年年底前投产运行。

  优化后施工难度倍增

  2016年12月,福清核电5号机组开始不锈钢水池安装工作。

  对核电站来说,水池意义重大,它承担着核电机组余热导出、应急冷却、辐射防护等作用。

  但与国内核电站最常见的堆型之一——M310堆型不同,华龙一号在M310堆型原有堆腔水池、燃料厂房不锈钢水池两大水池的基础上,新增了4大水池:内置换料水箱、辅助给水箱、非能动热量导出水池和非能动堆腔注水箱。其中,堆腔水池比M310堆型的容积更大,堆腔水闸门重量是M310堆型的两倍多。此外,华龙一号在核岛厂房内还设置了废液收集系统和中低放射性废液的处理与贮存设施。

  这些优化,意味着福清核电5号机组不锈钢水池工作量陡然倍增,大大增加了施工周期和难度。

  为确保福清核电5号机组不锈钢水池施工有序开展,在中国核电工程有限公司的部署下,福清核电项目部组织中国核工业二四建设有限公司及各参建单位成立不锈钢覆面施工专项组,统筹协调不锈钢水池各项施工。由于设计复杂、工程量巨大,水池的制造和检验前后共历时3年4个月。

  华龙一号单机组不锈钢水池的焊接量约是M310堆型的6倍,探伤量约是M310堆型的15倍。不锈钢水池密封试验就是要对所有水池的焊缝质量和水池密封性进行验证。6个水池总的焊缝长度约为13000米,探伤的底片量约为2.8万张,如果按照平均每天40张底片拍摄量算的话,探伤工作持续了约700天。

  “在最后冲刺阶段遭遇了新冠肺炎疫情,施工专项组在做好疫情防控工作的前提下,积极推动复工复产,保证了福清核电5号机组不锈钢水池密封试验的顺利完成,为福清核电5号机组的装料重大节点奠定了基础。”中核集团核电工程公司项目部相关负责人倪海涛介绍。

  多种测试确保安全

  如果将发电站比作一个巨大的充电宝,那么华龙一号就是一座巨大的核燃料充电宝——“核电宝”。考量一座核电站,最重要指标之一是安全可靠。

  一座核电站的建设要历经研发设计、土建施工、设备安装、调试几个阶段。

  调试阶段包括冷试、热试、装料、并网等节点。

  2019年4月27日,福清核电5号机组一回路水压试验正式启动,标志着该机组提前计划50天启动冷试,由安装阶段全面转入调试阶段。

  冷试是核电厂大型综合专项调试试验,被认为是热试前的“热身”,主要目的是验证一回路系统和设备及其辅助管道在高压下的承压能力以及泄漏率,并在各个压力平台下进行主系统和辅助系统的相关试验,是对整个反应堆性能的第一次全面“体检”。

  它也被认为是检验这座“核电宝”的第一步,可验证各系统完整性,以及超设计基准状态下能否正常保压。而首堆能否如期推进,“体检”报告十分关键。

  压力,是冷试首先要考核的指标之一。我们日常接触的大气压为0.1兆帕,而福清核电5号机组一回路工作压强为15.5兆帕。根据设计方案,一回路设计压强约为17兆帕。但冷试的峰值是兆帕,相当于手掌大的面积上得承载10辆满载小轿车的重量。

  2019年4月28日,福清核电5号机组一回路水压试验一次成功。这标志着华龙一号全球首堆顶住“高压”,顺利通过检验机组性能的一次“大考”,可以进行热试。

  热试是热态性能试验的简称,与35—70摄氏度的冷试温度相比,热试温度则高达300摄氏度。热试期间,工作人员会尽可能模拟核电站实际运行工况,以验证系统性能是否与设计要求相一致,还要对核电站的可靠性进行进一步验证,包括系统的各项参数指标是否达到设计要求。此外,还要验证仪表及设备在高温下的可靠性,校核温度、压力、流量、振动、间隙等测量参数是否符合设计值要求。

  正因如此,与冷试相比,热试是一个比较漫长的过程,它并不是某一个试验,而是一系列试验的总和。

  根据机组不同,热试少则几十天,多则几个月。热试过程中,核电站的运行规程将得到全方位验证,核电站的功能将得到充分检验,核电站里从事操作的人员队伍也将得到锻炼。

  3月2日,福清核电5号机组热试基本完成,为后续机组装料、并网发电等工作奠定了坚实基础。

  异地协同开展设计工作

  热试结束后,按照计划,福清核电5号机组将进行首次装料。首次装料是核电厂运行的开端,意义重大。

  首次装料前,负责福清核电5号机组运营的福清核电公司需要向国家核安全局提交《福清核电站5号机组首次装料申请书》。

  根据我国民用核设施安全监督管理条例及其实施细则和有关核电厂的安全规定及导则,国家核安全局在审查公司提交的申请文件,并进行现场检查后,如果认为机组建造满足核安全基本要求,有足够的安全措施保障其运行不会致使厂区、公众和环境遭受过量辐射危害,符合核安全法规基本要求,具备首次装料条件,将为该机组颁发首次装料批准书。

  装料完成后,福清核电5号机组将迎来正式并网发电,投产运行。

  自2015年5月7日开工以来,福清核电5号机组进展顺利,按照计划进度开展建设成为重要标签。

  “华龙一号是个复杂的系统工程,是从无到有的创新过程。”中核集团华龙一号总设计师邢继介绍说,福清核电5号机组的攻坚课题之一,是按期完成首堆工程施工图设计。

  通过持续推进“互联网+”,中核集团将核电的设计、应用软件集成与互联网等技术相结合,建立了异地综合协同设计平台,全国多个设计单位通过网络连接,利用各种终端设备,在同一个平台上开展异地协同设计工作。协同设计平台终端数量达到500个,并可根据需要进行扩充。

  在这个平台上,近千名华龙一号现场工程师和设计人员,实现了信息的及时沟通共享,加快了设计数据传递,减少了设计交换过程,有效提升了设计效率。

  在开展设计工作的同时,中核集团充分利用设计信息平台高效便捷的特点,将示范工程建设中遇到的技术问题及时汇总,形成设计领域的大数据,不仅向设备制造方和工程建设方反馈,还传递给了后续的核电项目。

  “这为华龙一号核电项目标准化设计、批量化建设奠定了技术基础,提升了建设与运行的经济性。”邢继说。

记者 陈 瑜

疫情期间的城市摆渡人

文◎ 且随意

我们总喜欢称颂伟大,却常常忽视渺小的平凡。

2020 年春节,新冠肺炎以武汉为中心席卷全国大地,这场疫情把全国人民都困在了家里,不能出门采购、吃饭,生活变成每个家庭的难题。在许多城市,街上看见最多的人应该就是穿梭在大街小巷的外卖小哥和快递小哥,他们负起了保障民生的重任,穿梭风雨中,冒着被感染的危险,把生命之光送进千家万户。他们不仅仅是谋生,更是维系着百姓们的民生线,骑士们用行动守护着一座座城。

外卖小哥姚权刚,疫情期间一般在上午9 点穿上外卖的工作服,拿上公司开的工作证明出门。他帮助邻居去超市采购前一天大家发在群里的物品——香蕉5 斤、面条2 斤、馒头10 个、面粉6 斤、可乐5 瓶、方便面两大包……拿着清单,一笔一画,在纸上认真记录下邻居需要采购的东西。且这些采购都没有运费,是完全免费的义务劳动。每天晚上,他都会准时出现在小区业主群里:“邻居们大家好,明天我将继续帮大家去超市采购,有需求的加我微信发购物清单,每人限10 样物品200 元以内,这样尽可能可以多帮几户,是免费的。你们要买啥和我说。”如果上午不能送,那就下午再送,反正一天中总是会拿出半天做一个免费的摆渡人。他说:“我一天送50 单,可能就有50 个家庭不用出门,这样就减少了大家交叉感染的机会,我自己没钱没物资可捐赠,也没有医生的专业知识,但我们总可以尽自己所能为大家做点什么。”

“小区进不去、顾客电话也打不通,我在门口等了一个小时。”骑手小哥李小光,是个在北京奋斗的河南人,也是一名春节“留守”北京的外卖骑手。他听有经验的同事说,春节期间送单可以拿到更多的补贴和更高的配送费,想多挣些钱。但谁也没想到,这一场突如其来的疫情,让这一切变得和往年不一样了。他平时负责的是朝阳区各小区,因为疫情原因,基本上全部实行了“封闭管理”。正月初五,他像往常一样,早上7 点收拾出门准备接单。7 点半左右,接到了一个来自超市的订单,如果不出意外的话,接下来他会根据订单上的地址,进小区、上楼、敲门,然后完成配送。不过,令他始料未及的是,这一次他被保安拦在了门口。按照保安的说法:“现在是非常时期,外卖骑手不能再进小区。”没办法,李小光只能给顾客打电话,但对方一直无人接听。随后,超市那边也多次联系了该顾客,均无果。无奈之下,只好继续等待,继续尝试拨打电话,但是一连打了16 个,始终无人接听。这期间,他考虑过把商品放在小区保安处,但被告知无法保证不会丢。心想还是算了,这一袋商品价值400 多块钱,如果丢了的话,那这一天就白干了。又过了半个小时,顾客终于回了电话,连声道歉,并很快下楼取走了商品。顾客向他解释道,自己并不知道小区已开始实施“封闭管理”,这是第一天。事后,李小光看了一下时间,距离第一次给顾客打电话,已经过去了一个小时。当天北京最低气温零下6 摄氏度。他说:“在这个特殊时期,我不怪他。”

“让一线人员吃上热饭,是我们的责任。”吴辉曾在武汉读书4 年,2019 年7 月,他再回到武汉,成为了一名普通的外卖骑手。本来也计划春节继续工作多赚些钱。可是随着疫情的愈发严重,也让他感到了害怕,准备开始休息不再奔波。大年三十的晚上,吴辉一边吃着饭,一边刷着手机,看到辛苦的一线医护人员只能吃泡面,心里很难受,觉得自己应该做点什么。于是吴辉决定,这个春节,他要继续送外卖。大年初一的第一单外卖,他送到了中南医院呼吸内科。“当时心里有点打鼓,但是看到医院里所有的一切都井然有序,也就放下心来。”从这个时候起,他开始接到形形色色的订单,遇到了各种各样的人,也被各种各样的温暖所感动。后来他把这些温暖和感动都记录在微博上,收到了全国各地数以万计网友的支持和鼓励,所有的这些支持鼓励,以及越来越多骑手兄弟的守望相助,让他不再害怕。这场疫情,也让外卖骑手们的工作被赋予了新的含义,他们送的不仅仅是一份外卖,更是一份沉甸甸的责任,让一线人员吃上热饭,就是我们的责任。他说:“只要我们在,武汉就不会孤独!”

不仅仅是外卖小哥,快递小哥也没有停下脚步。以前,其他快递都会把东西放在楼下快递柜,只有京东小哥,无论大件小件,每次都要亲自送上门,长久以往,我们便熟悉了起来。疫情蔓延后,小区禁止一切外卖和快递人员进入,居民只能到马路边取件。众多快递员中,我一眼看到了经常为我派送的京东小哥,整个人消瘦了很多,于是便走上前唠了几句。小哥说,他过年都没有回家,本来打算过了年同事们回京他再回去休息,可受疫情影响大家都回不来,只能自己坚守岗位。我问他是否比以前更忙了,他说:“那肯定啊,超市去不成,很多人都在京东下单,光是水每天都要拉很多箱,而且还要等大家把件都取完才能去下一个社区派送,一天基本上吃不了什么饭。”说罢,他继续转身为大家整理快递。

疫情期间,华夏大地无数个家庭面临着与世隔绝,冒着生命危险奔波的外卖小哥成为了许多家庭与外界唯一的联系。骑士们变成了这个国家的重要动脉,超市里、街道上、小区门前,起早贪黑、奔忙不息,为前线的医护工作者运送“弹药”,为后方居家百姓送去生活用品,他们连着供需两端,关系着所有人的生活。

的确在每个城市中都有那么一群人,他们虽然没有多么了不起的抱负,但是依然在用尽自己的全部力量为生活打拼,为了生计努力。即便疫情当头,他们都向往常一样义无反顾奔走在城市的大街小巷,无怨无悔贡献着自己的力量,他们知道此刻肩上的责任。尽管病毒危险,尽管路途艰辛,但是作为一个家庭的顶梁柱,为了小家的生活,为了大家的生存,毅然成为“逆行而上”的城市摆渡人。

光荣在于平淡,艰巨在于漫长。

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2016年至2018年,中国大陆半导体硅片销售额从5.00亿美元上升至9.92亿美元,年均复合增长率高达40.88%,远高于同期全球半导体硅片的年均复合增长率25.65%,但在全球大硅片市场中仅占8%。基于国内半导体产业链稳定,实现芯片自主可控,半导体硅片进口替代为当务之急。
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硅片是半导体产业链的起点,是产业的最上游,贯通了整个芯片制造的前道和后道工艺,是制造芯片的关键材料。硅片制造技术较难、下游应用广泛、市场价值较高。其产量和质量直接制约整个半导体产业,主要用于半导体、光伏两大领域。
在硅片领域,半导体硅片的价格,同步芯片制造节点升级,从130/90nm、到40/28nm、再到7/5nm,半导体硅片高阶产品可能高于初阶产品8~10倍价格;大硅片的质量要求和技术难度相当高,是芯片制造不可或缺的半导体材料。

根据我国半导体材料细分产品竞争力及目前国产化进度,目前中国半导体材料产业分为三大梯队。
第一梯队是部分产品技术标准达到全球一流水平,本土产线已实现中大批量供货。包括:CMP抛光材料、湿电子化学品、靶材、封装基板及引线框等部分封装材料。
第二梯队是个别产品技术标准达到全球一流水平,本土产线已小批量供货。主要包括:大硅片(待腾飞)、电子气体、化合物半导体、掩膜版等。
第三梯队:光刻胶。技术和全球一流水平仍存在一定差距,目前基本未实现批量供货。
大硅片是市场规模最大的一种半导体材料,全球半导体材料市场规模约320多亿美元,其中,大硅片市场规模约120美元,是制造材料中唯一成本占比最高(超过1/3)的核心材料。
其次是电子气体、掩膜版,分别在半导体材料中占比12.9%和12.2%,抛光材料、光刻胶和靶材的市场规模相对较小,分别在半导体材料中占比仅为6.6%、5.2%、2.4%。

半导体硅片纯度要求标准为11个9以上(99.999999999%),光伏相对要求较低,纯度标准为4至6个9(99.9999%);半导体大硅片表面的平整度、光滑度以及洁净度要控制在1nm以内,因此需要通过研磨、倒角、抛光、清洗等精密且严谨的工艺才能制作完成。
不同制造工艺下的硅片应用于不同领域。根据制造工艺分类,半导体硅片主要可以分为抛光片、外延片与以SOI硅片为代表的高端硅基材料。
目前全球半导体硅片市场最主流的产品规格为300mm硅片和200mm硅片,300mm硅片占比持续上升。2018年,300mm硅片和200mm硅片市场份额分别为63.83%和26.14%,两种尺寸硅片合计占比接近90.00%。
2019年底,瓦森纳协议在修订过程中第一次增加了对大硅片的技术管控内容,即对300mm直径的硅晶圆,要达到在任意26mm*8mm面积内的局部平整度差小于等于20nm,以及边缘去除方面小于等于2mm的切割、研磨、抛光技术。根据技术标准,这次大硅片技术管控是针对14nm硅片的生产制造技术。
按照半导体大硅片需求框架,产业链分为上游硅片制造厂商、中游晶圆加工厂商和下游的应用厂商。
由于半导体硅片行业具有技术难度高、研发周期长、资金投入大、客户认证周期长等特点,全球半导体硅片行业进入壁垒较高,行业集中度高,行业呈现寡头垄断。
全球硅片行业前五大厂商:日本信越半导体(份额28%)、日本SUMCO(24%)、中国台湾环球晶圆(16%)、德国Silitronic(14%)、韩国LG(10%),市场占有率达到93%。其中,仅家日本企业所占的全球市场份额就超过50%。日本的信越化学与SUMCO集团当属半导体硅片领域两大龙头,其下游客户基本实现对英特尔、台积电、三星、索尼等知名厂商全覆盖。
国内硅片厂商大硅片技术布局起步较晚,目前大陆自主生产以4、6英寸硅片为主,主要应用场景仍然以光伏和低端分立器件制造为主,而8英寸和12英寸的大尺寸半导体硅片仍然高度依赖进口。
目前国内12英寸硅片供应商主要包括上海新昇,重庆超硅、中环股份等,8英寸硅片供应商主要包括重庆超硅、中环股份、金瑞泓、北京有研等。中环股份和硅产业集团为国内硅片制造商的领头羊,近年来技术和验证持续突破,市场占比合计约3%。
根据立鼎产业研究网数据,国内硅片制造商主要分三个类别。第一类是以上海硅产业集团、北京有研半导体材料、浙江金瑞泓科技、超硅半导体为代表的本土制造商,第二类是以京东方(电子行业)和天津中环股份(光伏行业)为代表的其它行业切入的硅片制造商,第三类是以江苏中辰(中国台湾环球投资)、上海合晶(中国台湾合晶投资)、宁夏银和(日本FerroTec投资)的国外或者中国台湾投资的制造商。

根据芯思想《中国晶圆制造线白皮书》数据,截至2019年底,我国12寸晶圆制造厂装机月产能约90万片,同比增长50%;8英寸晶圆制造厂装机月产能约100万片,同比增长10%。在现有产线扩产和在建产线的需求预期的驱动下,未来两年,国内市场需求将出现成倍增长,中国半导体协会预测到2020年,国内对12英寸大硅片需求将增加到105万片/月,对8英寸硅片需求将增加到96.5万片/月。
国内大硅片产线分布较为集中,投资总额超过1300亿元,8英寸硅片产线规划产能合计376万片/月,12英寸合计676万片/月;其中过半产能集中在江浙沪地区(8英寸为208万片/月,12英寸为324万片/月),而投资额及产能最高的为广西启世半导体公司,投资200亿,规划建设产能高达120万片/月的12英寸硅片产线。
硅片产业链中游晶圆加工厂商主要包括:晶圆代工厂(台积电、中芯国际、台湾联华电子、华虹宏力等);IDM厂商(德州仪器、英特尔、三星、海力士、东芝等)。产品主要包括:微处理器、存储芯片、模拟芯片、传感器、分立器件、硅光子等。
半导体硅片下游应用广泛,主要应用于芯片制造,终端应用领域涵盖智能手机、便携式设备、物联网、汽车电子、人工智能、工业电子、军事、航空航天等众多行业。

国内大尺寸硅片建设多启动于2017年左右,考虑到建厂到硅片生产,要有1-2年甚至更长时间。而硅片生产出来后,还要进行漫长和严苛的验证,至少需要两年左右,之后才能开始批量供应,因此预计国内大尺寸硅片放量多发生于2021-2022年。总体而言,我国硅片的发展不仅需要资金的投入和技术的研发,更加需要整个产业链形成合力,共同积极推进我国硅片乃至半导体产业的崛起。


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