专利与基金双重视角下的核燃料领域热点技术研究

核能是我国能源和电力统筹发展的战略性保障，对于我国早日实现碳达峰、碳中和战略目标具有重要意义。2022 年 3 月，国家发展改革委、国家能源局联合印发《“十四五”现代能源体系规划》，在增强能源科技创新能力中明确指出要“支持新燃料、新材料等高新技术研发应用”。因此针对核燃料领域的热点技术研究将在支撑高水平科技自立自强和建设科技强国方面具有重要意义。

当前的知识产权研究多以分析专利技术作为了解科技创新前沿的关键途径，而实际上作为基础研究“基本盘”、科学突破“策源地”的国家自然科学基金，在促进基础学科建设，拓展科学新疆域等方面取得了巨大成绩，也能够反映出备受关注的前沿热点技术。包括基金项目、专利信息等在内的多维数据资源蕴含着丰富的信息和知识，是科技创新的重要源泉。深度挖掘和整合这些数据资源，充分发挥其在科技决策中的支撑作用，能够为科研人员、企业及政府等部门的科技创新活动提供精准、及时的分析结果和决策建议，加速科技创新的进程，提高科技创新的效率和质量。

将基金项目信息与专利技术进行协同分析，在核燃料领域知识产权研究中可以形成多维互补优势，显著提升知识产权研究效率和成果价值。本文将从基金与专利视角分析核燃料性能领域的研究热点，明确国内外技术发展的差异，从收集到的重要数据中总结可借鉴技术，以期多维度了解当前核燃料技术发展态势，为国内技术研发提供重要支撑，全面提升我国自主知识产权核心竞争力，为我国核燃料技术建设系统化知识产权保护体系奠定良好根基。

1 专利与基金数据搜集与清洗

本文构建了涵盖全球专利局以及包括国家自然科学基金资助项目在内的多模态数据采集网络。其中的专利数据来源于HimmPat 数据库、AI Pat+ 专利数据库以及 WIPO 专利数据库等，覆盖中国专利局专利数据库、美国专利商标局专利全文数据库、欧洲专利局专利数据库、俄罗斯专利局专利数据库、韩国专利局专利数据库、日本特许厅专利数据库等。由于选用的检索数据库不同，最终获得的专利与基金数据条目也具有不同的格式和结构，需要进一步清洗处理。

本文首先根据数据特点采用均值填充、中位数填充或模型预测填充等方法处理数据中的缺失值，同时识别并纠正数据中的错误值，如日期格式错误、数值异常等。然后统一不同数据源的数据格式和编码方式，对数值型数据进行归一化或标准化处理，消除数据量纲的影响。最后分别通过提取基金项目的名称、类别、关键词、依托单位、负责人等关键信息，以及专利的申请号、发明人、技术领域等内容，对专利与基金数据进行了去重及去噪处理。最终经过清洗后得到专利1291 件、基金项目 178 项。

2 专利申请热点分析

2.1 专利分析

专利布局地域即为专利保护区域、主要市场国，以及专利的集聚区。专利布局多的地区，既是主要的市场销售国也是专利布局保护最为严密的地区，还是相关专利法较为完善的地区。将专利布局与时间趋势联系起来，也能体现专利布局随时间的变化趋势。图 1 中展示了在中国、美国、法国、韩国、俄罗斯、日本这几个主要专利布局市场国的年代申请趋势。其中，在中国布局的专利数量在近十年间出现了明显的增长趋势，由年申请 20 余件一跃达到近百件；而其他国家的年度布局趋势较为平稳，基本维持在 10 件以内。结合整体发展态势可以研判，无论是中国还是国外的创新主体，仍在核燃料性能领域持续开展专利布局工作。

通过对各国的专利法律状态有效性进行分析，可以衡量各国的专利活跃程度，评估专利风险总体水平。本文在进行专利法律状态有效性分析时，将法律状态信息进行整理并归类。分析发现，在中国、美国、韩国、日本、俄罗斯布局的核燃料性能研究有效专利占比都超过一半，且还有一定量的审中专利，可见这些国家仍属于核燃料出口的热点市场，受到各国申请人关注。

国际专利分类法是国际上通用的专利文献分类法，用国际专利分类法分类专利文献而得到的分类号，称为国际专利分类号，通常缩写为 IPC 号。本文分别梳理在中国、美国、法国、韩国、日本、俄罗斯等重点国家布局专利的热点 IPC 技术分支情况发现，涉及较多专利量的 IPC 号均与核燃料性能测试、模拟验证等热点技术相关。再进一步分析不同国家的布局技术优势，可见在中国布局的技术较为全面，在上述涉及较多专利量的 IPC 分类下都有专利布局，且在专利布局总量上优势明显，并主要聚焦在燃料组件破损检查、检漏以及辐照性能分析等方面。韩国专利侧重在燃料棒缺陷检测、振动性能分析等方向，日本专利多涉及燃料棒评价方法，美国专利主要为燃料棒故障检测技术。总体来看，燃料棒的腐蚀、泄漏、破损检测，燃料组件氧化性能研究，以及辐照性能分析、热工水力实验分析、模拟工况试验等，是核燃料性能研究领域专利布局的热点技术。

从专利申请量排名来看，在核燃料性能研究领域的专利申请主体较为集中，中国核动力研究设计院、法国欧安诺集团、俄罗斯国家原子能集团公司是排名前三的专利申请人，专利量均在百件以上，处于专利总量第一梯队。位于第二梯队的西屋电气公司、西安交通大学、韩电原子力燃料株式会社以及法国原子能委员会，专利申请量在48＼～65 件之间。其他第一申请人的专利量相对较少，包括株式会社东芝、上海核工程研究设计院、中广核研究院有限公司以及中核北方核燃料元件有限公司等。

结合专利技术来看，法国欧安诺集团布局了相对较多的同族专利，专利技术包括模拟工况试验分析、燃料棒缺陷分析等；俄罗斯国家原子能集团公司的专利技术包括燃料气密性分析、包壳力学性能分析等。

合作申请专利的主体多为科研院所 + 科技公司或科研院所 + 高校的形式，体现出产学研协同联动的合作模式。其中，中广核研究院有限公司分别与同属中广核集团的岭东核电有限公司、岭澳核电有限公司等合作开展燃料棒包壳完整性监测及蠕变性能分析、格架氧化膜检测等关键技术研究。上海核工程研究设计院分别与国电投核能有限公司、国核铀业发展有限责任公司、华中科技大学等合作开展燃料组件模型计算、用于安全检测的模拟燃料组件、包壳管表面热辐射信号测试等研究。西安交通大学与浙江青核软件科技有限公司合作开展了燃料棒表面临界热流密度实验研究、燃料棒弯曲热工水力性能研究等。中国核动力研究设计院分别与中国核电工程有限公司、深圳市万斯得自动化设备有限公司、成都中核海川核技术有限公司合作开展核燃料化工反应器用材料腐蚀试验、燃料包壳管双轴蠕变测试、燃料组件破损在线检测等研究。

3 基金项目研究热点分析

涉及核燃料性能研究的基金项目类型以青年科学基金项目（ 44% ）与面上项目（ 41% ）为主，其次是联合基金项目，占比 11% ，而重点项目、地区科学基金项目、国际（地区）合作与交流项目以及重大研究计划数量较少，仅个位数。

通过分析全部基金项目的关键词可知，涉及燃料辐照损伤性能研究的项目最多，且针对锆合金的性能研究或是多物理场多尺度耦合下的燃料性能研究，也是各项目主体关注的重点。

进一步从青年科学基金项目涉及的热点技术来看，除了关注辐照损伤、锆合金以外，还围绕耐事故燃料的包壳和芯块性能、包壳材料氧化膜性能、燃料热工水力特性等开展了研究。面上项目涉及的热点技术主要包括燃料力学性能研究、裂变产物对燃料性能的影响、包壳耐腐蚀性研究等。联合基金项目涉及的热点技术为燃料包壳辐照损伤性能研究以及燃料性能失效机理研究。重点项目涉及的热点技术主要围绕燃料包壳的性能研究展开。

大部分基金项目负责人只负责了 1 项基金项目，负责基金项目 2项及以上的学者数量并不多，仅有 7 位，来自四所高校与一个研究院所。

（1）复旦大学

复旦大学航空航天系丁淑蓉教授负责 2 项面上项目与 1 项重点项目。丁淑蓉教授的研究方向在力学与核科学技术交叉领域，聚焦于核材料及结构辐照热 - 力 - 原子扩散等、多场耦合多尺度关联行为的数学建模及计算分析研究。以丁淑蓉作为发明人之一的专利只有 1 件，是复旦大学与上海核工程研究设计院联合申请的，申请日为 2011 年1 月26 日，目前处于授权有效状态。专利技术涉及微动疲劳实验平台，适用范围广，可完成管状、棒状及片状标准试样的微动疲劳试验。

（2）西安交通大学

西安交通大学能源与动力工程学院陈荣华教授负责 1 项面上项目与 1 项青年科学基金项目。陈荣华教授的研究方向为核反应堆热工水力与安全、核反应堆严重事故分析、计算流体力学。以陈荣华作为发明人之一的专利数量共计 72 件，布局时间自 2016 年起持续至今，其中以他作为第一发明人的专利有 48 件，而其团队中专利申请量第二多的第一发明人田文喜仅有 9 件，可见陈荣华应当是其所在研究团队的核心成员，其整个研究团队布局的专利技术聚焦在铅铋快堆的研究方面。

西安交通大学能源与动力工程学院张魁副教授负责 1 项面上项目与 1 项青年科学基金项目。张魁副教授的研究方向为压水堆部件、设备、系统热工水力实验，一体化小堆自然循环系统热工安全特性，海洋核动力系统热工安全特性分析技术，铅铋堆非能动余热排出系统安全分析技术，高温超碳失压喷放进程与冲击力学机理，聚变堆包层多维时空多场耦合分析技术。以张魁作为发明人之一的专利数量共计44 件，布局时间自 2015 年起持续至今，其中以他作为第一发明人的专利有 22 件，远超团队中其他第一发明人的专利量，可见张魁应当是其所在研究团队的核心成员，其整个研究团队布局的专利技术主要围绕核反应堆系统展开。

（3）中国核动力研究设计院

中国核动力研究设计院余红星负责 1 项面上项目与 1 项联合基金项目，其中联合基金项目是与重庆大学合作开展的。以余红星作为发明人之一的专利数量共计 104 件，布局时间自 2013 年起持续至今，但其中并无以他作为第一发明人的专利。其所在研究团队布局的专利技术多涉及燃料元件、堆芯系统。

中国核动力研究设计院王辉负责 1 项面上项目与 1 项青年科学基金项目。以王辉作为发明人之一的专利数量共计 46 件，布局时间自2013 年起持续至今，其中以他作为第一发明人的专利有 17 件，远超团队中其他第一发明人的专利量，可见王辉应当是其所在研究团队的核心成员，其整个研究团队布局的专利技术聚焦在 FeCrAl 合金等耐事故燃料方面。

（4）华南理工大学

华南理工大学电力学院蔡杰进教授负责 2 项面上项目。蔡杰进教授的研究方向为核能科学与工程、热能科学与工程。以蔡杰进作为发明人之一的专利数量共计 50 件，布局时间自 2016 年起至今，其中以他作为第一发明人的专利有 33 件，超过了研究团队布局总量的一半，其所在研究团队专利布局的技术方向多为燃料破损等环境下的辐射监测技术。

（5）大学

大学材料科学与工程学院姚美意教授负责 2 项面上项目。姚美意教授主要从事核反应堆用关键材料锆合金和耐事故容错燃料包壳材料的关键基础科学问题研究，包括常规服役行为、失水事故、辐照下材料行为等。以姚美意作为发明人之一的专利数量共计 35 件，自2006 年起陆续提出专利布局，其中以她作为第一发明人的专利有 18件，超过了研究团队布局总量的一半，其所在研究团队专利布局的技术方向聚焦在核燃料包壳用锆合金方面。

4 结论

（1）中美韩日俄法主导全球核燃料技术竞争格局，中国呈现爆发式增长。

当前全球核燃料性能研究领域的专利创新技术来源高度集中于中国、美国、韩国、日本、俄罗斯与法国。其中，以中国申请人为主导在中国布局的专利量近十年间增长近 5 倍，是中国成为全球技术研发最活跃的市场。

（2）燃料组件可靠性与安全性优化是核燃料性能研究的核心技术攻关方向。

专利与基金项目的热点技术分析表明，核燃料性能研究的核心技术方向聚焦于提升燃料组件的可靠性与安全性。这些研究旨在通过材料创新与工艺改进，解决燃料组件在极端工况下的可靠性与安全性问题。

（3）产学研协同创新构建核心技术生态体系。

专利与基金数据的协同分析揭示了显著的产学研联动特征，这种模式加速了基础研究成果向工程应用的转化，构建了覆盖核燃料材料研发、工艺验证、设备制造的全链条创新生态。

（4）青年科技人才成为核燃料研究的中坚力量。

高校与科研机构的青年学者不仅承担多项国家级基金项目，还通过专利布局推动技术落地，显示出核心团队在推动核燃料技术突破和知识产权保护中的关键作用。这种人才培养模式，为核燃料领域储备了可持续的创新动能。

作者简介：苏然（1991—），女，现主要从事核领域知识产权研究工作。