水腐蚀原理（原来高温水也是有很强腐蚀性的）

前两天瀚海狼山（匈奴狼山）的推文中曾经谈到过，核潜艇和核电站的压水堆都会产生一些危险性很高的氢气。因此都需要定期的除氢。而压水堆产生氢气的一个重要的根源就是包裹核燃料的锆锡合金，会和冷却剂发生锆水反应。这在一回路直接用水做冷却剂的反应堆中更明显，这样就会产生大量的氢气。那么问题也就来了，既然用锆合金当铀燃料块的包裹外壳有这样危险的副作用。为何不直接让燃料块接触高压水，这样不是方便快捷又安全了吗？实际上这么做更不行。原因居然是高温水可以直接腐蚀铀燃料，而导致反应堆出现更大的风险。中学时代学的知识，都知道强酸和强碱会有很强的腐蚀性。而纯水是一种PH值基本为中性的液体，是没有腐蚀性的。其实这种知识仅仅限于基础性的化学常识。

一旦到了高温高压的核反应堆中，高温水的腐蚀性其实是很厉害的。这里就要首先理解，什么是腐蚀性的本质这个问题。腐蚀性说到底，是指金属与环境间的物理和化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属内环境及其构成系统受到损伤的现象。腐蚀可分为湿腐蚀和干腐蚀两类。腐蚀其实是一种物理电化学变化，腐蚀分很多情况，如硫酸的是将被腐蚀物体中的氢原子和氧原子以2:1的比例脱出，因水H₂O的分子中H、O的比例恰恰为2:1，故硫酸的腐蚀性又称脱水性。实验室中常见的腐蚀性物质有硫酸、硝酸、氢氯酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸等；还有由1体积的浓硝酸和3体积的浓盐酸混合而成的王水等最强酸性腐蚀液体，连黄金都可以被王水完全腐蚀消失。还有NaOH等碱性腐蚀品，这些物质都十分危险，接触时必须注意保护措施！

腐蚀的类型可分为湿腐蚀和干腐蚀两类 。湿腐蚀指金属在有水存在下的腐蚀，干腐蚀则指在无液态水存在下的干气体中的腐蚀。由于大气中普遍含有水，化工生产中也经常处理各种水溶液，因此湿腐蚀是最常见的，但高温操作时干腐蚀造成的危害也不容忽视。金属在水溶液中的腐蚀是一种电化学反应。在金属表面形成一个阳极区和阴极区隔离的腐蚀电池，金属在溶液中失去电子，变成带正电的离子，这是一个氧化过程即阳极过程。与此同时在接触水溶液的金属表面，电子有大量机会被溶液中的某种物质中和。中和电子的过程是还原过程，即阴极过程。随着腐蚀过程的进行，在多数情况下，阴极或阳极过程会受到阻滞而变慢，这个现象称为极化，金属的腐蚀随极化而减缓。由此可见，水在大多数情况下，会扮演湿腐蚀中“中介角色”。比如纯硫酸，没有水参与，腐蚀性反倒会下降。

而纯水本身，在高温高压下，却可以直接腐蚀金属，也具备了强腐蚀性。这是多数课本都没讲到的。而包裹核燃料的锆锡合金，具有良好的耐高温水腐蚀性能，是压水堆燃料元件这一核心部件的包壳材料。在民用核电站和核潜艇上都要用到。由于锆合金和水是不断反应消耗的，因此一个100万千瓦的核电站机组，18个月内就要消耗20吨的锆锡合金。目前谁谁家已经基本解决了锆合金进口替代的问题，这也是相当大的技术进步。