金屬慢化反應堆

概述

在核反應堆中，氫化鋯是一種理想的空間堆或小型反應堆的慢化劑材料，而且已經在重量輕、體積小的反應堆及液態金屬冷卻的熱中子反應堆中付諸套用。

但是將氫化鋯用於反應堆，必須解決一個重要的問題是工作溫度影響問題。作為中子慢化劑，氫化鋯的工作溫度在650~750℃之間。在這個溫度下，

原子比大於1.8的氫化鋯的氫分解壓遠遠高於一個大氣壓，即氫化鋯中的氫將很容易析出。氫的析出一方面增大包殼中的壓力，另一方面則使氫化鋯中

原子比減小（氫含量降低）而使中子慢化能力減弱、最終喪失這種能力。因此，阻止或減緩氫的析出，是能否將氫化鋯套用於小型反應堆而必須解決的一個關鍵問題。國內外對這方面的研究資料表明，為了達到阻止或減少氫析出的目的，通常在材料表面建立防氫滲透層。

1、通過運用成熟的電鍍工藝在氫化鋯表面利用電鍍Cr-C的方法製備了氫滲透阻擋層。

適當氧化預處理一方面可以增加鍍層與基體結合強度，一方面提高氫滲透阻擋層的阻氫作用。隨著電流密度的升高，氫滲透阻擋層孔隙、顯微裂紋明顯增多；反之，氫滲透阻擋層連續緻密；氫滲透阻擋層的顯微硬度隨電流密度升高先增加後減小。

2、氫滲透阻擋層的組織依次為：氧化鋯膜

Cr-C電鍍層

氧化鉻層。電鍍後的熱處理可以消除鍍層與基體間的內應力，這樣的阻擋層在真空中700℃下保溫若干小時不會產生內應力。氫滲透阻擋層中的C、O吸引H形成C-H鍵和-OH基團，在700℃保溫過程中C、O抓住H，阻止了氫的析出。

3、阻擋層中C-O中的碳和氧隨著氫滲透的都傾向於脫離彼此的束縛而去捕捉氫：碳在捕捉氫的作用上比氧的作用更大。在碳、氧、氫三中元素的彼此化合中，碳和氫的親和力最大，碳和氧的親和力最小。

4、這種方法製備的氫滲透阻擋層不適於在有吸氫物質的條件下工作。

5、電鍍Cr-C的方法制各的氫滲透阻擋層在過量的

（0.03MPa）中工作時，會有大量的碳在阻擋層上沉積而導致阻擋層碳化並引發阻擋層和基體之間的內應力，因此破壞了阻擋層的阻氫作用；但是在少量的

（幾百Pa）中工作時，

與阻擋層會發生有利於阻氫作用的反應，卻沒有過量的碳的沉積，所以少量的

對阻擋層是有利的。