密歇根大学
第一张图显示了实验装置，在充水腐蚀电池中，镍合金向锆合金弯曲
在镍合金最接近的地方，氧化锆最厚
第二张图显示了受镍合金带和辐射影响的圆形锆合金样品带
最后，电子图像显示了锆合金样品上的氧化带
信用:密执安州王鹏离子束实验室 沸水反应堆(代表美国三分之一的核能反应堆)存在55年之久的问题正在解决中，现在这个问题已经被离子束模拟了
“阴影腐蚀”影响锆合金(锆合金)燃料棒和燃料通道，在其表面产生附近零件的图像
损害是一层更厚的氧化锆——就像钢铁上的铁锈——几乎就像邻近部分的阴影印在锆合金上一样
它会在燃料棒周围的锆合金包壳上产生针孔，需要尽早更换
“它还会扭曲燃料组件之间的通道，潜在地阻止控制叶片调节反应堆功率，”核工程和放射科学荣誉退休教授、核材料杂志一项新研究的资深作者加里·瓦斯(Gary Was)说
虽然阴影腐蚀没有造成熔毁，但它推高了核电成本，因为运营商不得不关闭反应堆和废弃燃料
Was说:“更长的燃料寿命和降低燃料故障风险的优势包括更低的燃料成本、更少的停机、工人更少的辐射暴露和更低的维护成本——所有这些都降低了反应堆的运行成本。”
“停机，包括加油的停机时间，每天大约花费100万美元
" 研究反应堆可以证明影子腐蚀，但这种方法对于研究问题及其解决方案来说既昂贵又耗时
如果没有辐射，阴影腐蚀也不可能重复进行，仅仅使用一个装满水的加热室
“直到现在，阴影腐蚀从未在实验室高压釜实验中重现，因为需要辐射的同时作用
密歇根大学的实验显示的是对实际工厂情况的模拟，”纽约斯克内克塔迪通用电气研究公司的腐蚀工程师劳尔·雷巴克说，他没有参与这项研究
通用电气是世界领先的沸水反应堆制造商
与研究型反应堆相比，离子束测试核材料的速度大约快一千倍，成本也是千分之一
离子束产生更强的辐射，加速了核材料的老化
然而，大多数离子束实验室无法再现阴影腐蚀所需的所有条件
为了实现这一目标，密歇根离子束实验室开发了一种特殊的高温高压水电池，可以重现反应堆堆芯的环境
他们称之为腐蚀电池
“这是一个非常独特的设置，”U-M核工程和放射科学助理研究科学家、首席研究员和论文第一作者王鹏说
“我们是第一个成功再现反应堆外部阴影腐蚀的人
" 锆合金燃料棒和支撑结构的镍合金之间的接触产生了驱动腐蚀反应的电压
但是要完成这个回路需要辐射来分裂水分子，从而产生更多的活性物质，比如过氧化氢
这些在镍合金表面形成，然后扩散到锆合金表面，加速其腐蚀
王用一个与腐蚀槽中的锆合金样品平行的扁平镍合金样品，以及一个与锆合金距离不同的弯曲样品证明了这一点
弯曲的样品显示，锆合金在靠近镍合金的地方氧化更严重，氧化程度随着距离的增加而降低
“这一结果突出了加速器和离子提供的多功能性和高度控制，可以在模拟反应堆环境的非常好控制的条件下创建实验
”，赵佶说道
“你可以研究问题，了解过程，然后制定解决方案
Wang和Was一直在与总部位于法国Courbevoie的核设备公司Framatome合作，研究影子腐蚀的解决方案，预计将于明年公布
Framatome燃料材料工程组组长Karsten Nowotka对此研究做出了贡献，Framatome资助了这项工作
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