核能源作為我國(guó)清潔能源的重要發(fā)展方向，在核能源開(kāi)發(fā)與安全保障體系中，熱室是實(shí)現(xiàn)核能閉環(huán)管理與安全運(yùn)行不可或缺的配套設(shè)施；然而其中的關(guān)鍵設(shè)備長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，也曾是行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)。

面對(duì)這一“卡脖子”問(wèn)題，安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生許曉宇與團(tuán)隊(duì)共同聚焦“高輻射環(huán)境下高精度切割設(shè)備”研發(fā)，致力于破解國(guó)外技術(shù)壟斷、填補(bǔ)國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域空白，打造具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熱室精密切割設(shè)備。

從“課本符號(hào)”到“熱室實(shí)戰(zhàn)”

“作為傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)科生，我曾以為核電站、托克馬克裝置只是課本與電視里的‘科技符號(hào)’。”許曉宇坦言，直到走進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，親眼見(jiàn)證安全殼的精密構(gòu)造、托克馬克的復(fù)雜管線，才真切感受到前沿科技的力量。

她意識(shí)到傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)與高端制造緊密相關(guān)——材料分析、工藝優(yōu)化等正是這些設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵。這也成為她燃起用專(zhuān)業(yè)助力前沿領(lǐng)域的探索欲的開(kāi)端，打破了“專(zhuān)科生只能做基礎(chǔ)工作”的局限，成為后續(xù)研發(fā)的動(dòng)力。

指導(dǎo)老師在與企業(yè)合作時(shí)發(fā)現(xiàn)熱室切割這一方面國(guó)內(nèi)存在技術(shù)空白，這成為項(xiàng)目立項(xiàng)的關(guān)鍵契機(jī)，為團(tuán)隊(duì)后續(xù)開(kāi)展研發(fā)工作提供了方向。

熱室內(nèi)部的精密切割機(jī)是執(zhí)行放射性樣品分割、核部件加工與實(shí)驗(yàn)處理的關(guān)鍵設(shè)備，其性能直接影響研發(fā)效率與操作安全。然而，國(guó)外主要供應(yīng)商在關(guān)鍵領(lǐng)域斷供，國(guó)內(nèi)仿制設(shè)備性能在極端環(huán)境下仍難以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，這種情況制約了我國(guó)相關(guān)科研與工程任務(wù)的推進(jìn)。

該項(xiàng)目被命名為“幅底抽芯——熱室精密切割機(jī)的自主化實(shí)踐”，取自成語(yǔ)“釜底抽薪”的諧音。“這個(gè)名字體現(xiàn)我們團(tuán)隊(duì)想在這個(gè)細(xì)分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破、打破國(guó)外壟斷的決心，是我們無(wú)聲的宣告。”許曉宇解釋道，另一方面也形象描述了這個(gè)設(shè)備當(dāng)前階段的主要功能：在輻射環(huán)境下，切開(kāi)燃料棒的包殼，取出核燃料芯塊。

在隨后八個(gè)月的密集調(diào)研中，許曉宇與團(tuán)隊(duì)走訪了中國(guó)原子能科學(xué)研究院、中廣核研究院、陽(yáng)江核電站、強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心等單位，與科研專(zhuān)家、一線操作人員、維修人員進(jìn)行深入咨詢(xún)交流。

“令人印象最深刻的是做現(xiàn)場(chǎng)切割的一位一線員工，這位操作人員耐心細(xì)致地調(diào)整位置，讓機(jī)械手準(zhǔn)確定位，讓每一個(gè)動(dòng)作都精準(zhǔn)到位。”普通環(huán)境下僅需要幾分鐘就能完成一次切割，而熱室內(nèi)的一次切割需要三小時(shí)以上，操作人員日復(fù)一日地堅(jiān)守崗位，不出絲毫差錯(cuò)，這令許曉宇為之動(dòng)容。

三大目標(biāo)鑄就 “核”心利器

深入調(diào)研后，許曉宇和團(tuán)隊(duì)成員認(rèn)為在高輻射極端環(huán)境下傳統(tǒng)切割設(shè)備存在精度不足、遠(yuǎn)程操作難、穩(wěn)定性差等痛點(diǎn)。于是，團(tuán)隊(duì)將技術(shù)目標(biāo)鎖定在三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)高輻射環(huán)境下的0.01mm的穩(wěn)定切割精度、實(shí)現(xiàn)設(shè)備主動(dòng)適配機(jī)械手和提高設(shè)備在輻照環(huán)境下的穩(wěn)定性。

“這三個(gè)目標(biāo)應(yīng)該說(shuō)每一個(gè)都難，最難的是在保證輻射穩(wěn)定性和切割精度的情況下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)這只機(jī)械手的適配。”許曉宇說(shuō)。從保障設(shè)備在輻照下穩(wěn)定運(yùn)行，到提升切割精度、適配熱室機(jī)械手，每一步都布滿(mǎn)風(fēng)險(xiǎn)，但團(tuán)隊(duì)從未放棄，歷經(jīng)無(wú)數(shù)次修改。

為達(dá)成目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行多次方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化，通過(guò)極端輻照環(huán)境下的高精度運(yùn)動(dòng)控制與補(bǔ)償技術(shù)，主動(dòng)抵消輻照與切削應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)了在高輻射環(huán)境下±0.01mm的穩(wěn)定切割精度；通過(guò)面向機(jī)械手全工藝流程遠(yuǎn)程作業(yè)的模塊化快換與自適應(yīng)接口技術(shù)，成員們針對(duì)易損件設(shè)計(jì)了不同的快換工裝，打破傳統(tǒng)設(shè)備損壞后需整機(jī)更換的困局，減少放射性危廢產(chǎn)生；同時(shí)，基于功能分區(qū)的抗輻照系統(tǒng)級(jí)防護(hù)與長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)“執(zhí)行外置，控制內(nèi)置”的分體式架構(gòu)，對(duì)主要電子元器件進(jìn)行多維防護(hù)，優(yōu)選耐輻照材料，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在輻照環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

“樣機(jī)終達(dá)預(yù)期的那一刻，歡呼、落淚、急報(bào)指導(dǎo)老師......所有熬夜與焦慮都化為自豪，這臺(tái)樣機(jī)印證了創(chuàng)新是在失敗中堅(jiān)守、在細(xì)節(jié)里突破。”回憶起成功的那一刻，許曉宇仍舊動(dòng)容。

通過(guò)持續(xù)攻關(guān)，該設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)全工藝流程遠(yuǎn)程操作，還將切割效率提升100%以上，成本降低超60%，打破國(guó)外同類(lèi)設(shè)備在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的壟斷局面。

創(chuàng)新里的回響與未來(lái)

目前，該設(shè)備已成功應(yīng)用于某核工業(yè)單位的熱室作業(yè)場(chǎng)景，在放射性材料分割、熱室內(nèi)的金相切割實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)發(fā)揮關(guān)鍵作用，既減少了人員直接暴露于輻射環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，又提升了作業(yè)質(zhì)量與效率，兼具顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益與重要的戰(zhàn)略推廣價(jià)值。

“目前設(shè)備在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中運(yùn)用反饋良好，完全能滿(mǎn)足使用單位的需求。”許曉宇補(bǔ)充道，該設(shè)備通過(guò)CMA/CNAS認(rèn)證，進(jìn)一步證明了其技術(shù)規(guī)范性與可靠性，并獲相關(guān)單位認(rèn)可。

雖然該設(shè)備本質(zhì)是非標(biāo)設(shè)備，當(dāng)前交付量小，生產(chǎn)依賴(lài)研發(fā)人員手工安裝調(diào)試，但許曉宇對(duì)其應(yīng)用前景充滿(mǎn)信心，她介紹，隨著行業(yè)需求量擴(kuò)大，設(shè)備不僅適用于熱室，還能滿(mǎn)足高腐蝕、高輻射等極端環(huán)境需求，在高校實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、放射醫(yī)療、輻射育種等領(lǐng)域同樣具有廣闊應(yīng)用前景。

在追逐創(chuàng)新的征程中，許曉宇與團(tuán)隊(duì)也收獲了多項(xiàng)榮譽(yù)：第十一屆“挑戰(zhàn)杯·華安證券”安徽省大學(xué)生科技學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽省級(jí)一等獎(jiǎng)；安徽省大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2025）省金獎(jiǎng)；第十九屆“挑戰(zhàn)杯”中國(guó)移動(dòng)全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽主體賽二等獎(jiǎng)等。

從項(xiàng)目構(gòu)思到設(shè)備研發(fā)，無(wú)數(shù)次方案推翻與細(xì)節(jié)打磨，許曉宇深感創(chuàng)新無(wú)坦途，但每一次突破都因“解決真問(wèn)題”而意義非凡，“作為青年學(xué)子，我真切感受到，在科技領(lǐng)域唯有持續(xù)創(chuàng)新，方能為行業(yè)發(fā)展、國(guó)家進(jìn)步貢獻(xiàn)青春力量”。（記者 沈思佳 通訊員 李思文）