发布日期：2019-4-3 10:23:54
核反应堆是利用核裂变过程中所释放出来的巨大能量，通过核电设备最终转化成电能。由于在反应过程中存在大量的辐射，具有很强的危害性，因此，核安全就成为发展核电需要解决的首要任务。在核电设计中，核安全的首道防线就是核的包复材料---包壳管，由它担负着防止核泄露的重要任务。同时，包壳管又是处在核反应堆中工况最差的环境当中。它面临核燃料，承受着高温、高压和强烈的中子辐照，以及耐高硼水腐蚀、耐应力腐蚀和耐反应产物碘蒸汽腐蚀的严峻考验。在整个使用过程中不应发生破损而造成放射性外逸，因此必须对核燃料的包壳管材料提出严格的要求。
在众多核材料中，锆合金以其优异的核性能，成为燃料包壳管的首选材料，并取得了令人满意的效果。随着核反应堆技术朝着提高燃料燃耗和降低燃料循环成本、提高反应堆热效率和安全可靠方向的发展，对锆合金包壳材料的性能提出了更高的要求，包括腐蚀性能吸氢性能力学性能和辐照尺寸稳定性等。为此，人们在不断提高锆材性能方面进行了大量的研究工作，取得了可喜的成就。当前主要有Zr-2、Zr-4、Zr-2.5%Nb三种合金以及美国西屋公司新发展的ZIRLO合金、日本的NDA合金和法国的M5及低锡锆合金等。另外，还有俄罗斯的Zr-1Nb合金和Zr-Sn-Nb E635合金等。
由于锆合金在反应堆内受中子辐照，力学性能会发生变化，强度升高，延性会降低、变脆，以及辐照伸长和扭曲变形，产生蠕变和内应力等现象，使其综合性能变差。因此，包壳材料属于一种高消耗品，需要进行周期更换。换料的周期一般为12个月，由于锆合金包壳管性能的提升，在有些电站已实现了18个月的换料周期。因此，锆合金在核电站仅作为包壳材料，其用量是相当巨大。目前，世界上核电站总数为440余座，总装机容量约3.6亿千瓦，每年对锆的需求近0.3亿吨。预计到2020年将超过1000座，每年对锆的需求将达0.7亿吨。