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石墨具有诸多良好的性能，在生产和生活中得到广泛的应用。随着全球新能源行业的快速发展，新能源汽车、储能设备及消费类电子产品均出现了前所未有的强劲需求，石墨负极材料需求也随之显著增长。石墨晶体是层状晶格结构，在平面内连成巨大的网平面平行堆叠而成。石墨化工艺是在2400℃以上的高温下，把炭质材料加热，使无定形乱层结构的碳转变成三维有序石墨晶体的高温加热过程。在这个过程中，温度起着决定性作用，对石墨化程度有重要影响。在高温作用下，使物料完成晶型改变，具有润滑性和抗磨性等优良性能。 人造石墨负极材料的石墨化工艺是影响负极材料质量的关键点也是技术难点，其成本占负极材料总成本的约50%。传统负极材料石墨化过程采用的炉型均为固定间歇式石墨化炉，根据炉芯的不同主要分为艾奇逊石墨化炉（坩埚炉芯）、内串石墨化炉（专用串接坩埚炉芯）、箱式石墨化炉（箱式炉芯）等三种炉型，存在着热量利用率低、产品杂质含量较多、生产效率低等现象。现有的改良技术主要分为移动式石墨化和连续式石墨化两种。业内对连续式石墨化工艺的尝试，尚未能使产品石墨化度达到负极材料行业的基本要求；移动式石墨化工艺可以兼容原有固定式石墨化炉的各种炉芯，已经取得了一定的进展。移动方式上，主要分为有轨式和无轨式两种。有轨式移动石墨化业内有2-3家企业在尝试工业化应用，本公司已完成了无轨式移动化的产业化应用。 该成果通过无轨式轻量化设计，研发移动石墨化系统，在设备的轻量化、节能、设备工艺优化及炉体材料、结构等方面做出了创新，最终实现了能耗低、生产周期短、产品质量稳定石墨化新工艺，并推广应用。因石墨化系统改造涉及工程量复杂且投资高，项目成果的技术推广采用技术服务形式，依托成果产线为各企业提供石墨化服务。已经为十余家锂电负极材料企业提供服务，包括连续多年锂电负极材料出货量排名第一的贝特瑞新能源材料股份有限公司（提供石墨化服务2.5万吨，产值约3.8亿元）；2024年度锂电池负极材料出货量排名第二的上海杉杉锂电材料科技有限公司（提供石墨化服务2000吨，产值1700万元）。同时石墨化服务覆盖至储能行业，为厦门海辰储能科技股份有限公司等多家行业龙头企业提供了石墨化生产服务。该项技术成果在节能降耗的同时，产品质量稳定可靠，也可满足行业特殊石墨化生产要求，如为深瑞墨烯科技有限公司石墨烯加工及中间相碳微球生产单位台湾中钢的生产进行技术服务。 无轨式轻量化节能可移动石墨化系统技术成果实现： 1）石墨化炉体、炉衬减重55%以上；输电用铝排长度减少80%以上； 2）单耗降低20%； 3）生产周期缩短1/4； 4）投资节省55%以上。 成果的技术推广应用广泛，带动了石墨化行业的低能耗、低成本的技术进步，累计服务于行业内二十余家企业，成果推广和应用近三年总产值8.2亿元，利润7500余万元，对于新能源材料中石墨类材料生产工艺革新产生了重大影响，具有重要意义。

安全高效发展核能是优化能源结构、推动产业升级及融合发展、保障国家安全和建设生态文明的重要举措之一。核安全是发展核能的前提与基础，《核安全与放射性污染防治“十三五”规划及2025年远景目标》要求，“新建核电机组实现从设计上实际消除大量放射性物质释放”。安全壳作为核电站的最后一道实体屏障，对保证核电站安全至关重要。然而，国内外在严重事故放射性物质行为机理、预防与缓解措施、安全壳屏障完整性等方面缺乏全面深入研究，制约了安全性提升，同时工程上预设了较多保守假设，限制了经济性。为全面提升中国核电站整体安全性和经济性，进一步强化安全壳放射性包容能力，有效缓解严重事故后果，迫切需要开展严重事故下安全壳系统性能研究。2020年11月至2023年10月，在国家重点研发计划“核安全与先进核能技术”重点专项的支持下，中国核电工程有限公司牵头，联合哈尔滨工程大学、同济大学、清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、华北电力大学、西安交通大学、国家电投集团科学技术研究院有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司组建项目团队，共同承担完成了“严重事故下安全壳系统性能研究”项目(2020YFB1901400)。项目面向中国核电安全、高效发展的战略需求，围绕“从设计上实际消除大量放射性物质释放”的关键技术问题，全面开展核电厂最后一道安全屏障-安全壳系统在严重事故下的性能研究。项目下设“严重事故下气溶胶迁移与热力学现象研究”“安全壳失效机理研究”“安全壳结构性能试验及包容能力研究”“安全壳释热减压和过滤排放新技术研究”“安全壳性能综合分析软件研发及试验验证”等5个课题。项目团队充分利用前期承担的“严重事故下堆芯熔融物行为与现象研究”“反应堆严重事故分析程序研发”等国家重点研发计划项目产出的研究成果，研制了预应力混凝土安全壳结构性能实验平台等重要试验设施及智能健康监测系统，突破了热压耦合加载、安全壳监测等关键技术，系统开展了严重事故下安全壳结构完整性、安全壳内多物理场放射性物质行为分析和实验等研究，研发了高效释热减压系统和过滤排放系统，自主开发了安全壳严重事故综合分析软件。项目申请发明专利46件，获授权中国发明专利10件(一种核安全壳承压性能的计算方法，ZL202110474996.X；非能动安全壳空气冷却系统运行特性分析方法，ZL202211137739.8等)，登记软件著作权22件，培养研究生56名，发表论文76篇(其中代表作5篇)。 1.气溶胶行为机理实验、先进数值算法与实验数据库。利用超百立方米安全壳实验模型，在国内率先建成大尺度安全壳内气溶胶迁移凝并与去除沉积综合效应实验台架，解决了大尺度空间内气溶胶配送及高温高湿环境下气溶胶采样测量等实验技术难题，获得了严重事故下冷凝对气溶胶的强化去除和迁移演化规律，有力支撑相关软件的研发设计。构建了严重事故中气溶胶与流体耦合计算的CFD PBM群平衡动力学模型，解决了流体与气溶胶耦合计算、大尺度空间内群平衡方程快速求解等技术难题，揭示了演化过程中的气溶胶浓度分层现象。 2.安全壳关键部位及贯穿件失效机理。针对安全壳标准区段、含不同焊缝构造区段、含贯(a)(b)穿件区段、含加腋区段等关键部位系统开展了大比例模型试验，利用新开发的试验装置及试验程序，获得安全壳混凝土开裂、钢衬里屈服、钢筋屈服等特征点，揭示了严重事故下多物理场耦合环境下安全壳结构破坏模式与失效机理。针对不同焊缝构造、不同钢衬里厚度、不同混凝土标号、不同锚固钉间距、是否含贯穿件等多个参数系统开展结构密封性能失效机理试验，获得不同区段经历预应力张拉、热力耦合作用、内压作用后的密封性能，比较不同区域类型泄漏通道形成难易程度，揭示了严重事故下安全壳结构密封性能失效机理。自主开发了多种典型安全壳贯穿件的事故工况下长期泄漏率预测模型和方法，解决了现有泄漏率检测手段和密封件老化规律研究无法对贯穿件密封可靠性进行定量评估的难题。应用该模型，以最大允许泄漏率为指标，系统性分析了高温、高湿、高压等复杂热工环境对贯穿件密封可靠性和服役寿命的影响，设计并绘制了服役期限内安全边界分区图和事故工况服役寿命预测图，为贯穿件密封性优化设计提供了重要科学依据。 3.建设安全壳结构性能实验平台及包容能力评价方法。以“华龙一号”带钢衬里的预应力钢筋混凝土安全壳为原型结构，建设了尺寸居世界前列的安全壳结构模型。建立严重事故工况下安全壳结构试验方法及方案，实现预应力混凝土安全壳模型高温-高压耦合加载工况，验证了安全壳的良好包容能力。率先开展了严重事故下安全壳结构大比例模型泄漏率试验，获得了设计内压至过滤排放系统开启内压之间泄漏率的实测数据。研发了安全壳智能化全寿期健康监测及性能评估系统平台。该平台涵盖适用于高温-高压环境的安全壳状态监测、基于数值孪生的数值仿真分析、泄漏率监测，以及健康状态评估及预警系统。通过严重事故下安全壳结构性能试验，验证了该系统对于安全壳复杂结构在极端工况下性能监测及评估的适用性。提出了考虑预应力影响、非线性影响、温度场影响、材料损伤影响等多因素的热-压耦合模拟方法，并基于贝叶斯网络、决策树和随机森林3种机器学习智能化算法，建立了安全壳热-压耦合作用下易损性和敏感度快速评估方法。基于严重事故下安全壳大比例模型试验及数值模拟结果，总结出安全壳在严重事故未考虑缓解措施的情况下结构的性能，建立了安全壳严重事故下的包容能力评价方法和准则。 4.新型高性能非能动安全壳释热减压系统。在研制的高效换热器和新型冷却水箱的基础上，通过进一步改进、优化系统设计，获得了新一代非能动安全壳释热减压系统。该系统具备应对反应堆设计基准事故的能力，这一特性实现了非能动安全壳设计领域的技术突破，显著提升了系统的安全性和可靠性。 5.组合串列式新型安全壳过滤排放系统。为防止严重事故下安全壳超压，项目团队创新开展了四级过滤方案的研究，包括惯性冲击过滤器、文丘里水洗过滤器、金属纤维过滤器和银沸石过滤器。通过对文丘里水洗过滤器、金属纤维过滤器和银沸石过滤器过滤机理的进一步研究，结合数值模拟和实验验证结果，对自吸式文丘里水洗过滤器结构、金属纤维过滤层丝径及组合、银沸石载银量和疏水性开展了进一步的改进优化，最终显著提高了核电厂严重事故下气溶胶、元素碘和甲基碘的去除效率和系统容尘量，确保严重事故下安全壳的完整性。该项技术达到世界领先水平。同时，基于各类新型过滤装置特性，还可以进行不同的配置，满足过滤排放系统的多元化需求。 6.严重事故下安全壳系统性能综合分析软件CAP。开发了三代大型先进压水堆非能动安全壳冷却系统机理模型，自主研发了安全壳严重事故综合分析软件，实现了集成创新。与国外同类软件相比，自主化软件功能更全，关键参数压力、温度等的预测精度进一步提高。 7.安全壳多组分、多动力场综合试验平台及试验数据。开发了用于研究多种事故缓解措施下安全壳热工水力行为的大空间(1010m³)综合试验台架，可模拟非能动安全壳热量导出系统、喷淋系统和过滤排放系统作用下的安全壳内热工环境。该台架不仅可以用于全面热工参数条件下的整体效应试验，还可以实时测量包括典型隔间、大空间和换热器附近的局部气体浓度、温度和流速，为安全壳系统设计与持续优化提供了试验平台。此外，建立了可涵盖更多事故背景和更多事故缓解措施干预情况的安全壳热工行为试验数据库。实验数据有力支撑了中国自主研发的安全壳系统性能分析软件综合性验证。 综上，项目攻克了严重事故下放射性物质迁移机理、安全壳系统性能失效机理、安全壳释热减压技术等关键科学问题，突破了多项共性关键技术。同时，开展了大比例(1∶3.2)安全壳结构热力耦合作用下的试验研究，研发了新型高效释热减压和过滤排放技术，实现在容尘量1t的条件下，过滤排放气溶胶去除效率大于99.996％、元素碘去除效率大于99.9985％，甲基碘去除效率大于95％，开发了一套完整的严重事故下安全壳系统性能综合分析程序。项目研发的安全壳结构全寿期智能化健康监测系统、安全壳释热减压系统核心技术、安全壳过滤排放系统核心技术等已应用于华龙后续型号研发，以及漳州3号和4号、金七门一期、海南3号和4号、三门5号和6号等“华龙一号”批量化建设中，进一步提升了核电厂安全性和先进性。项目研究成果对于实现“实际消除大规模放射性释放”目标、阐明安全壳结构在热力耦合作用下的灾变行为、切实改善安全壳结构的强度和密封性能、形成新型安全壳验证方案、支撑后续型号研发、促进中国安全壳非能动安全理论等相关科学研究领域实现国际领先，具有重要的科学技术价值和工程应用价值。项目成果将应用于新一代核电技术的自主创新和在役核电厂的运行及事故处理策略优化，全面提升中国核电技术的安全指标，确保工作人员、公众与环境免受放射性危害，提升公众对核能的信任程度，为调节能源结构和实施核能强国的国家战略提供有力支撑。

核电作为一种安全、清洁和高效的能源形式，是保障中国能源供给和能源结构调整的必然选择，也是实现中国“碳达峰”、“碳中和”目标的重要途径，发展核电是当前中国坚定不移的能源发展战略方针。 核燃料组件是核电反应堆的核心部件，对核电站运行的安全性、可靠性和经济性有至关重要的影响，燃料包壳又是核反应堆的第一道安全屏障，而锆合金具有低的中子吸收截面和良好的综合性能，是压水堆核电站唯一使用燃料包壳材料。 为满足核电技术发展对燃料组件高燃耗、高安全和高可靠性的要求，世界核发达国家大力开展先进锆合金的研制并加速推广工程化应用。中国锆合金包壳材料长期依赖进口，受制于人，为保障能源供应安全和核电“走出去”战略实施，中国核工业集团有限公司于2014年批复了“龙腾2020”科技创新计划“锆材及特种材料”项目，在中国“华龙一号”CF3燃料组件用自主N36锆合金工程化应用研究的同时，启动了满足更高燃耗的CF4燃料组件用新一代高性能锆合金研发。 项目启动以来，中国核动力研究设计院在30余年锆合金研发积累的基础上，充分借鉴国际先进锆合金及N36锆合金工程化研发经验，通过开展100余种新型锆合金成分设计与筛选、7种新型锆合金30kg级板材放大工艺研究和6种新型锆合金200kg级包壳管材研制等工作，同时系统深入研究了合金成分、加工及热处理工艺对新型锆合金组织核性能的影响，筛选出具有自主知识产权的6种N45(A)系列新型锆合金成分，掌握了系列新型锆合金包壳管材制备工艺，制备出6种N45系列锆合金包壳管材入商业堆辐照考验验证，并最终优选出一种满足CF4燃料组件工程化应用研究需求的高性能锆合金N45(A11)，综合性能优于国内同类材料，进入国际先进行列，为华龙系列核电用CF4燃料组件的堆芯核心关键材料持续优化改进提供了强有力的技术支撑。 N45锆合金研制过程复杂，技术难度大，在研制过程中完成了成分筛选、制备工艺及性能分析评价技术攻关，突破了合金研制三大关键技术。一是成分设计与优化过程中理论计算模拟与试验验证相结合，解决了燃料元件包壳成分设计主要依据“经验”设计的问题，筛选出6种堆外性能优良的新型锆合金成分；二是突破了合金元素添加技术难点，实现了不同合金铸锭成分的均匀性控制，掌握了不同新型锆合金包壳管材制备技术；三是制备出6种新型锆合金200kg级包壳管材，实现了合金包壳样管堆内辐照考验。这些关键技术的突破和创新，为CF4燃料组件用先进锆合金的设计和工程应用奠定了坚实基础。 该项目已获授权发明专利6件，具有完全自主知识产权，核心技术完全自主可控。N45(A11)锆合金已被制备成1000kg级包壳管材，应用于CF4特征化燃料组件，正在开展CF4先导组件用3000kg级包壳管材工程化研制。新一代高性能锆合金的成功研发，有力支撑了中国具有自主知识产权的先进核电燃料组件的研发，对保障中国核电安全发展，推进核电“走出去”具有重要意义，具有巨大的经济效益与显著的社会效益。

推动核能高质量发展是优化中国能源结构、保障能源供给安全、实现“双碳”目标的关键举措。要实现核能高质量发展，首要任务是确保核反应堆安全。控制棒作为核反应堆的核心部件，具有抑制、释放和调节堆内反应性的作用，其功能相当于汽车的“油门”与“刹车”，对于保障核反应堆运行安全具有重要作用。核反应堆中应用最广泛的控制棒芯体材料为Ag-In-Cd合金，但在服役后期控制棒芯体会出现辐照肿胀加速，严重情况下会导致“卡棒”事故，威胁核反应堆的运行安全。控制棒芯体材料在服役过程中化学成分和微观组织均会发生显著变化，准确评估其堆内性能的变化规律极具挑战性。因此，开展控制棒芯体合金堆内应用性能评价技术研究对于保障核电运行安全和推动核能高质量发展具有极其重要的意义。 项目依托国家科技重大专项和国家自然科学基金，针对控制棒芯体化学成分预测难、辐照肿胀计算难、热物理性能评估难和芯体材料综合性能差等技术难题，突破了芯体合金堆内化学成分预测技术、辐照肿胀定量计算技术、热物理性能评估技术和新型控制棒芯体研制技术等一系列关键技术，实现了芯体合金堆内应用性能的定量计算与准确预测。项目取得了多项创新成果： (1)首次建立了Ag-In-Cd合金堆内化学成分的定量预测模型，准确获得了芯体合金辐照过程中化学成分的变化规律，化学成分计算结果与堆内辐照数据的误差均小于10%，在此基础上建立了基于芯体化学成分的核反应堆控制棒寿命预测方法。 (2)首次建立了Ag-In-Cd合金堆内辐照肿胀的定量计算模型，解决了困扰行业几十年的难题，辐照肿胀计算结果与堆内辐照数据的偏差比国外现有方法降低了40%，突破了控制棒芯体辐照肿胀难以准确预测的瓶颈。 (3)原创性建立了Ag-In-Cd合金堆内辐照过程中热物理性能的定量评估模型，热物理性能计算结果与实验数据之间的相关系数均高于0.95，首次实现了控制棒芯体合金堆内热物理性能的准确预测。 (4)自主开发了一种先进的多阶段熔炼制备工艺技术，创新研发出高强耐辐照肿胀的新型控制棒芯体材料，与国内外现有Ag-In-Cd合金相比，其力学强度提升了50%以上，辐照肿胀率降低了约40%。 项目技术成功打破了欧美在压水堆控制棒管理分析领域的长期垄断，推动了中国自主三代核电技术的创新发展。项目已授权国家发明专利6件、实用新型专利1件，登记软件著作权4项，发表重要论文12篇。研究成果已应用于中国三代核电“华龙一号”控制棒的堆内运行分析和寿命评估、三代核电“国和一号”控制棒的寿命预测和运行管理以及新型反应堆关键结构材料的研发。近三年，项目技术成果的经济效益近2亿元，税收超过1500万元，具有显著的社会、经济效益和推广应用前景。 项目技术先进性突出，以叶奇蓁院士为主任的科技成果鉴定委员会认定项目总体技术达到国际先进水平，其中Ag-In-Cd合金的堆内辐照肿胀计算技术达到国际领先水平。部分研究成果获2024年度中国核学会科技进步二等奖。

高品质人因LED照明器件作为智能照明核心组件，去年全球市场规模突破120亿美元，预计2030年将达500亿美元，年复合增长率15%以上，市场前景广阔。然而，现阶段人因LED照明仍面临着一系列亟待解决的行业共性关键问题，如光效与光品质难以协同优化、高品质LED外延片等核心材料依赖进口等。 项目经过产学研协同攻关，在外延工艺、芯片设计和封装等方面取得了重要的创新成果，成功开发出具有自主知识产权的宽波单芯全光谱类太阳光人因照明器件，项目整体技术达到国际领先水平。其主要创新成果如下： 1.外延工艺革新：针对单量子阱结构存在的半峰宽窄化及宽波光谱多量子阱外延缺陷态密度偏高等技术瓶颈，首创多应力梯度量子阱单片异质集成架构，结合能带工程调控策略，开发多有源区协同辐射的MOCVD外延技术。成功实现410-480nm宽波谱单片集成多量子阱异质结构生长，量子阱厚度不均匀性≤0.8%，异质界面穿透位错密度降低68%。该技术突破传统单峰窄谱外延结构的物理限制，通过应力场梯度补偿有效抑制晶格失配导致的缺陷，显著改善载流子注入效率。光谱中高能量蓝光峰值强度降低40% 并消除460-500nm光谱凹陷现象。基于该技术制备的全光谱人因照明器件，其光谱相似度指数0.96，显色指数大于97，色彩保真度大于95；产品良率稳定在92%以上。 2.芯片设计创新：针对LED芯片背面出光效率低问题，开发蓝宝石衬底分布式布拉格反射镜技术，采用SiO₂/TiO₂氧化物堆栈结构，反射率从85%提升至97%以上，背面出光效率提高40%；构筑高反射率金属纳米颗粒掺杂ITO透明导电薄膜作为欧姆电极，有效提高了电极的导电性能，同时增加了芯片使用寿命，并利用金属的高反射率减少光的吸收维持了芯片的原始亮度。该技术已应用于GaN基底蓝绿光LED芯片的生产，产品光效达175lm/W以上, 优于业界产品平均光效160lm/W的水平。 3.封装技术创新：发明了红、绿色荧光粉分层点胶技术，构筑新颖的三明治式封装结构，解决产品发光光谱不连续、显色性不佳难题，在物料BOM表不变的情况下，可提升5%以上的光效；发明三色调光实现人因照明技术，开发三路非全光谱灯珠，构建白光全光谱节律调光封装结构。该技术集成独立光谱调控模块，可实现2700K-6500K全色温范围动态调节，所有色温段均满足全光谱白光指标（CRI≥98、R9≥95），蓝光危害等级（400-450nm）降低至≤18%，光谱吻合度与标准太阳光谱偏差≤5%。 项目已获授权中国发明专利16项、美国专利11项、实用新型专利4项、中国台湾地区发明专利1项，发表了SCI论文25篇。项目整体技术在普瑞光电（厦门）股份有限公司实现规模化生产，所制造的全光谱白光LED照明器件近三年累计完成销售收入达20.81亿元，新增利税1.85亿元。项目产品“Bridgelux”普瑞品牌全光谱LED灯珠市场份额稳居行业第一。

该项目的成果主要应用于三代核电堆型华龙一号反应堆及一回路系统源项与屏蔽设计。成果用于控制辐射源项，实现放射性物质包容；合理设置屏蔽，确保不设置过余屏蔽；合理设置辐射水平的监测措施，满足监测要求。 充分吸取中国二代加核电设计经验教训，为提升源项与屏蔽设计水平，促进辐射安全水平提高，“华龙一号”对反应堆及一回路源项与屏蔽设计需要实现以下目标：探索减少源项设计裕量，为后续三废设计、环境影响分析减轻压力；改善事故应对措施，合理降低事故源项分析结果，实现运行技术规格书与安全分析的匹配；提升辐射安全水平，降低辐射漏束影响，改善运行人员工作环境；为压力容器辐照监督管剂量探测器设置论证、冷却剂放射性带电粒子活化产物分析等提供分析结果支持，进一步优化辐射监测配置。 项目主要科学技术内容如下： (1)项目开发功能全面、精度高的源项与屏蔽设计分析方法，功能包括一回路辐射源项分析、深穿透粒子输运屏蔽分析、堆芯带电粒子分析、结构材料活化计算、活化箔片中子能谱解谱等，提高计算效率与精度，扩展分析能力。 (2)项目开发先进屏蔽构型技术，提高反应堆漏束屏蔽能力；针对华龙一号新增的堆芯固定式在线探测器拆除提供优化屏蔽方案。 (3)项目开发基于活化材料活度测量的中子能谱分析技术，用于压力容器辐照监督管剂量探测器方案论证。 该项目主要技术指标如下： (1)建立一系列功能强大、精度高的分析方法，能够实现4个量级梯度水平的活化源项计算，完成衰减在8个量级以上的中子深穿透计算。反应堆一回路裂变产物源项计算结果降低约80%，二回路途径设计基准事故源项分析结果降低约90%。 (2)反应堆本体辐射漏束屏蔽能力提高3倍以上；堆芯在线探测器拆除装置屏蔽材料重量仅为10余吨。 (3)压力容器辐照监督管剂量探测器可取消高纯度铀、镎裂变探测器，并支持完成基于堆芯带电粒子活化产物的一回路压力边界泄漏定量测量设备部署。 该项目提高了对源项产生机制与辐射漏束传输机制的认识，推动核电厂辐射监测数据经验反馈应用于设计的相关研究工作，显著增强了源项分析的合理性，强化了辐射漏束屏蔽能力，促进了反应堆及一回路系统辐射监测的改进等。 该项目的成果已成功应用于福清核电5、6号机组(华龙一号首堆)、卡拉奇核电2、3号机组(华龙一号海外首堆)。指导了华龙一号反应堆及一回路源项与屏蔽设计，从辐射安全视角提升了华龙一号核电厂的经济性和环保性。 基于项目成果，可实现更趋近于真实情况的源项分析，提出更为有效的屏蔽设计方案，挖掘设计过余保守性；提出新型屏蔽构型，改善辐射漏束屏蔽性能；提出不使用裂变探测器的辐照监督方案，实现设备国产化。

该项目属于化学领域中的材料化学学科。自2017年3月起至2023年6月，在国家自然科学基金项目(22105058，21805068，22001211，51802266)，陕西省重点研发计划(2021GY-217)等10余项省部级及以上项目的资助下开展该项目研究工作。 项目完成团队以传感与能源转换器件用光、电功能新材料需求为牵引，围绕“光、电功能材料晶体工程对局域电荷转移调控”的关键科学问题，针对现有晶体材料制备过程中存在的晶体结构质量差、异质结构制备难、能带排列和界面局域电荷转移不可控等导致的其光、电功能器件性能差的瓶颈问题，在晶体工程设计、合成及其局域电荷转移机制研究方面开展了系列工作，取得了以下创新成果：(1)提出了弱相互作用诱导分子共插层的电化学剥离新思路，建立了金纳米颗粒高通量钝化黑磷孤对电子新方法，发展了界面张力调控的液相自组装制备晶圆级黑磷薄膜异质结新方法，揭示了金纳米颗粒/黑磷、硒化铂/黑磷等范德华异质界面局域电荷强转移的物理机制，实现了光电转换与宽光谱光电探测的同步增强-1850nm波长处响应度达25.3A/W，比探测率1.2×10¹¹Jones，较美国陆军研究实验室报道的InGaAs探测器(358K)性能提升约300%；(2)首次提出了类肌肉仿生催化剂系统组装新思路，从晶体工程学角度破解了单晶堆积造成的局域电荷传质壁垒，实现了催化效率近两个数量级的提升；此外，开发了柔性薄膜上垂直ReO₂晶体阵列低温合成的新方法，突破了柔性器件制造中高熔点无机晶体难以低温制备瓶颈，实现了金属-半导体异质结阵列高效合成，阐明了分子级晶体工程对电荷转移及催化性能的调控机制；(3)提出了晶体工程结合局域电荷转移的分子设计思路，引入含硼七元环缺陷到多重螺烯骨架和调控硼配位，揭示了“结构缺陷-轨道局域-电荷转移-光学性能”耦合规律，实现了波长可调、窄带发射及高亮度手性有机发光分子的可控合成。 该成果为高性能光、电功能材料的可控制备、基础性质研究及器件应用提供了重要的理论和技术支撑。同时，该项目在光、电性能调控与晶体工程学构效关系方面发展的新方法、新见解对材料化学学科发展具有重要的科学意义和现实价值。该项目中首次提出的液相界面张力诱导大面积范德华晶体薄膜异质结制备方法，及其局域电荷转移与宽光谱光电增强探测的技术，支撑项目第一完成人在2025年完成了数千万元产业化融资，正建设全国首条二维黑磷晶体基晶圆级薄膜异质结中试线，推进非制冷宽光谱探测与成像芯片产业化场景验证，助力中国在机载超大规模阵列光电成像芯片、舰载超视距室温红外光电探测与成像芯片及星载高温宽光谱红外光电探测与成像芯片领域的换道超车。 基于项目成果，项目完成团队以通讯作者在化学和材料领域国际著名学术期刊发表SCI论文52篇，授权中国发明专利13项。申请人与河北科技大学研发团队属于长期合作团队，前期合作研究的创新成果已申获河北省自然科学二等奖1项。项目完成团队获2023、2025年中国发明协会《发明创业奖创新奖》二等奖2项。同时，项目第一完成人先后入选陕西省中青年科技创新领军人才(2022)、中国科协青年人才托举工程(2020)等计划。此外，项目团队成员受邀做大会/主旨/邀请报告100余次，包括2023年7th World forumon industrial minerals(大会报告)、2023年中国化学会硼化学会(主旨报告)等，分享和展示该项目所取得的创新性研究成果。

中国经济近年来的持续高速发展，电力需求也成倍增长，其最突出的特点是形成了大容量集中性供电负荷中心。作为国民经济建设的重要配套产业之一，电线电缆行业占据中国电工行业四分之一的产值，是机械工业中仅次于汽车行业的第二大产业，其年总产值已占到中国GDP的2%左右。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出要推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设。项目组历经十余年研究，攻克了超高压交联聚乙烯绝缘电缆结构设计与智能制造的关键技术瓶颈，发明并开发了具有自主知识产权的系列化技术及产品，并将其产业化主要取得了如下技术成果： 1、构建了超高压交联聚乙烯绝缘电缆阻水层和金属套改进结构，降低了空气间隙和热阻，提升了同规格电缆载流量15%、外径减小了13%、重量降低3%，电缆全寿命周期成本降低2.7%，实现了面向国家需求的高性能超高压绝缘电缆系列产品。 2、研发了大截面绝缘偏芯控制工艺，通过采用导体前后预热、预调偏等工艺，以及基于螺杆转速和绝缘厚度变化规律的调偏方法，有效将绝缘偏芯度指标控制在5%之内，优于国家标准不大于8%的要求。 3、提出了增强堆叠自编码网络的超高压电缆生产过程状态监测方法与深度高敏感特征优化方法，研发了无监督异常检测方法，突破了超高压电缆生产线对进料、绕包、成缆等流程的不间断监测难题，提升了生产效率和产品质量，建成了高度自动化的智能制造体系，实现了大规模产业化。 项目申请发明专利31项、实用新型专利1项，形成国家标准6项；经鉴定，成果整体水平达国际先进水平。主要技术应用于国网上海市电力公司、中国能源建设集团天津电力建设有限公司等工程项目，取得了显著的经济、社会效益，有效推动了超高压绝缘电缆的设计与制造技术进步，具有推广价值和广阔应用前景。

1、研究背景及意义：中核北方核燃料元件有限公司重水堆核燃料棒束组装生产线配组及芯块排长工序均为纯人工操作；芯块装管、端塞焊均为人工半自动操作且使用设备已使用多年。各工序之间相互独立，工序间物料转运均为人工使用推车进行操作。棒束组装生产线存在人工参与多、操作细节多、质量要求高、劳动强度大等问题。此外，秦山核电提出了37M改进型燃料棒束的需求，现有棒束组装生产线不满足生产要求。为了满足秦山核电对新型37M改进燃料棒束需求，节省厂房空间、提高配组至端板焊工序的智能化加工水平、提升产品质量一致性、实现减员增效等目的，对标国际先进制造技术，研制1条37M棒束组装数字化生产线。 2、主要研究内容及创新点：该项目将棒束组装生产线进行了重新合理布局，开展了关键焊接设备的研制、物料仓储及全自动转运设计、多种在线检测技术集成与应用、专用数字化管理系统的设计与集成，从而实现37M棒束组装过程的数字化加工。具有以下创新点：(1)设计了中心元件及次组件立体仓储库、芯块排长装管设备、双工位端塞焊机及全自动端板焊机，并集成了物料传输线及高精度柔性装配机构，实现了棒束组装生产线8个工序的自动化。(2)研制了6种不同功能的视觉检测装置，将其与中频焊接控制器及高精度涡流仪进行集成，实现了棒束组装全过程的在线检测，提升了产品质量及生产效率。(3)自主开发的专用数字化管理系统，实现了棒束组装过程的数字化，并具有一定的智能化。 3、取得的成果：(1)成功研制了具有知识产权的数字化加工生产线，提高自主创新能力，增强了国际核心竞争力，该生产线为后续重水堆核燃料元件智能化、数字化车间打下坚实基础。该项目总投资1388万元，相对加拿大进口约6380万元(1000万美元)，节省了大量采购费用。(2)解放劳动力，实现减员增效；该生产线应用后，岗位人员由原来的24人减少至12人，每年可节省人力成本约279.6万元。(3)提升产品的质量；通过设备精度提高、端塞焊等关键工艺装备升级、在线检测监测及“大数据”应用、生产线难点问题解决等一系列措施，产品质量将显著提升。检测技术及焊接技术可移植到其他相似燃料元件制造生产线。(4)新技术应用，节省原材料使用。将燃料元件的氦气填充方式由贯通吹扫改为真空吸氦，能够节约氦气用量约1/3，可节省成本约51.58万元/年。

该项目属于动力与电气科学技术领域：“电动福建”战略助力福建省新能源汽车产业技术、产能、供应链的全球领先并向海外市场拓展，推进中国迈向汽车强国。不同技术路线的新能源车迫切需要对增程发电或电动系统的NVH、EMC、效率、功率密度、安全性的优化问题进行持续深入研究以确保技术的先进性。近年来，项目组针对无机械飞轮的增程发电系统的脉振转矩NVH抑制及多物理场协同优化、分立MOSFET并联的电动系统杂散电感及热阻大、传统单一变量测试方法无法对复杂工况下发电与电动系统失效模式的智能识别导致生产效率低的共性关键技术瓶颈进行联合攻关，取得一系列自主知识产权和创新成果，实现了车用主动飞轮增程发电与电动系统产品的高效批量化生产，并成功推广应用。 该项目主要创新点和技术内容如下： 1.发明了车用主动飞轮增程发电系统拓扑及集成技术，揭示了发动机脉振转矩与NVH的耦合关系及热-电-磁耦合对电机铁心材料特性的影响规律，解决了多目标、强约束下增程发电机的特征参数优选问题，实现了NVH抑制的主动飞轮控制；建立了多参数融合的薄膜电容寿命预测模型，掌握了热量堆积引起的薄膜电容性能衰退规律并指导优化设计；创新了集成电容与纳米晶磁环的π型结构滤波总成方案，优化了EMC特性，系统通过了CISPR25等级3（带载）EMC测试，显著提升了系统的功率密度和可靠性。 2.发明了集成智能驱动电路的低杂散电感MOSFET功率模块，有效降低了功率器件电压应力；提出的MOSFET芯片直接封装技术降低了模块的空洞率和热应力、提升了系统功率密度和可靠性；提出了两状态马尔可夫链随机PWM调制方法和改进型无差拍预测控制策略，分别解决了低载波比下的谐波分量集中及控制滞后问题，提升了系统EMC性能和响应特性。 3.研制了模拟复杂工况下发电与电动系统多变量失效模式的智能化性能测试与疲劳预测识别装备，实现了产品的电压、电流、温度、振动等多变量自动加载动态测试及早衰产品的寿命预测，并以此优化增程发电系统和集成智能驱动电路的MOSFET功率模块的电动系统工艺方案与生产流程，提高了生产效率和良品率。 该项目获授权专利66项，其中发明专利44项（转让4项)，发表论文41篇。项目开发的车用增程发电系统和集成智能驱动电路的MOSFET功率模块的电动系统产品新增产值2.91亿元，新增利税0.72亿元；应用该产品的高尔夫球车、增程式乘用车、纯电动大巴的整车新增产值110.46亿元，新增利税18.23亿元。其中，基于集成智能驱动电路的MOSFET功率模块的控制器电流过载能力和功率密度优于全球著名电控品牌CURTIS同类产品，销售至俄罗斯、中东和东南亚等“一带一路”沿线国家以及欧美部分国家，截止2023年投放2.69万台，2024年投放12.11万台。有力推动了中国新能源汽车产业技术及产品向海外市场拓展和“一带一路”沿线国家绿色交通转型，取得了显著经济和社会效益。