基本介紹
- 中文名：反應堆腐蝕化學
- 所屬領域：化學
- 分類：水冷堆的腐蝕等
- 所屬類別：反應堆化學
簡介,水冷堆的腐蝕,氣冷堆的腐蝕,液態金屬堆的腐蝕,熔鹽堆的腐蝕,
簡介
從而為選擇和改進反應堆材料，以及調節冷卻劑化學成分提供依據。
水冷堆的腐蝕
在水冷堆中，水和蒸汽對固體材料的腐蝕作用取決於溫度和水質。水與鈾有如下的反應： U+2H2O─→UO2+2H2 (1)，2U+3H2─→2UH3 (2)，2UH3+4H2O─→2UO2+7H2 (3)
反應生成的氧化膜在80℃以上就失去對鈾的保護作用。式 （2）中的氫化物對氧化膜的附著性起破壞作用。在100℃以上的水中金屬鈾的腐蝕速率迅速增高，在308℃水中的腐蝕速率為6260毫克/（厘米2·時）。製成合金可改善鈾的耐腐蝕性,鋁－鈾(35%)合金在150℃水中腐蝕增重約為0.6毫克/（厘米2·月）。但合金最終也會因氫化作用或相變而遭破壞。二氧化鈾和高溫水幾乎不發生反應，但水中的氧會使二氧化鈾氧化成八氧化三鈾，pH值增高也使腐蝕加速。碳化鈾在高溫水中會水解，生成二氧化鈾、甲烷、氫和少量碳氫化合物，產物不形成保護膜，反應速率隨溫度的升高而增高。所以在反應堆中核燃料通常用耐腐蝕外殼包覆。
鋁和鋁合金可用作水溫低於 100℃的反應堆元件包殼，這時水中氯離子和重金屬雜質離子引起的點腐蝕是主要問題。鋁合金的腐蝕與水溫、pH值和水中雜質有關。低溫水中減少腐蝕的最佳pH值是5～6。隨水溫升高，最佳pH值降低,在300℃水中為3～3.5。磷酸是鋁在高溫水中的有效緩蝕劑。鋯合金包殼很耐高溫水的腐蝕，鋯與高溫水或蒸汽反應生成的氧化物在合金表面有很好的粘著性。鋯合金在沸水堆中的腐蝕速率比在壓水堆中高。在pH值>11的鹼性溶液中鋯合金腐蝕速率迅速增高。鋯合金最終會由於吸氫而脆化。
反應堆內鈾芯與包殼在輻照條件下的相互作用也是腐蝕化學研究的重要內容。輻照過的燃料會引起包殼晶間腐蝕和基體腐蝕。溫度超過500℃，包殼就受侵蝕,侵蝕深度隨溫度升高而增加。鈾裂變的產物會在包殼的某些部位積累，同時包殼的化學成分也會滲入燃料內。
在水冷堆中不鏽鋼由於形成R3O4(R表示鐵、鉻、鎳)氧化膜而使腐蝕減輕。水中氯離子或游離鹼會使不鏽鋼產生晶間腐蝕。水中的氧會引起不鏽鋼組件的應力腐蝕破壞。水冷堆中的腐蝕產物稱為積垢，大型堆中產生的積垢量可達 50～100克/天。積垢中檢測到的放射性核素有錳56、銅64、鎢187、鉻51、鉿181、鐵59、鈷58、鎢185、鉭182、鈷60。
氣冷堆的腐蝕
在氣冷堆中超過 650℃時二氧化碳會與石墨反應：C+CO2─→2CO，反應速率隨溫度升高而增加；高溫時二氧化碳會使不鏽鋼滲碳；二氧化碳中的一氧化碳和水會引起不鏽鋼的氧化剝落。純氦不侵蝕石墨和不鏽鋼，但氦氣中的雜質,主要是水蒸氣和空氣,會與堆內石墨構件反應，生成一氧化碳、二氧化碳、氫和甲烷。
液態金屬堆的腐蝕
在液態金屬堆中存在幾種腐蝕作用：①固態金屬（或某組分）被液態金屬溶解；②液態金屬原子擴散到固態金屬晶格中引起相變；③形成金屬間化合物；④由於濃度、溫度和流速不同，引起固體合金中某種組分的遷移。液態金屬中的雜質氧通常會加速結構材料腐蝕，雜質碳會引起不鏽鋼滲碳，雜質氮和氫都會引起固體金屬的脆變。腐蝕速率取決於反應堆的操作溫度。
熔鹽堆的腐蝕
熔鹽堆中最普遍的腐蝕形式是溫差引起的質量遷移。金屬的腐蝕速率與熔鹽的流速、溫度、金屬成分以及其中的雜質有關。
