Zirkalloy

Mit Zirkalloy, auch Zirkaloy, Zircalloy oder Zircaloy werden Metall-Legierungen, die zu mehr als 90 % aus Zirconium bestehen, bezeichnet. Zirconium hat eine sehr große Bedeutung im chemischen Apparatebau (Düsen, Pumpenteile, Rohre oder Ventile), weil das Element eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit hat.^[1] Weiterhin enthält die Legierung geringe Mengen von Zinn (ca. 1,5 %) und meist weiteren Metallen wie Eisen, Nickel, Chrom oder Niob.^[2]

Wegen seines geringen Einfangquerschnitts für Neutronen, d. h. seiner hohen Neutronen-Durchlässigkeit wird Zirkalloy für die Hüllrohre der Brennstäbe von Kernreaktoren verwendet. In diesen Hüllrohren befindet sich der Kernbrennstoff, meist Urandioxid oder Uran-Plutonium-Mischoxid (MOX), in Form von Tabletten(-stiften) (Pellets).^[3] Um eine höchst mögliche Wärmeleitfähigkeit im verbleibenden Spalt zwischen dem Hüllrohr aus Zirkalloy und dem Kernbrennstoff zu erzielen, wird das Gas Helium dort hinein verpresst.^[4]

Generell ist eine Korrosion der Zirkalloyoberflächen in einem Reaktor unvermeidlich. Die Korrosion, und damit die Dicke der Oxidschicht, nimmt im Laufe der Zeit stetig zu. Ihr Ausmaß wird hauptsächlich durch die Beschaffenheit des Materials, die Hüllrohrtemperatur und die chemische Zusammensetzung des umgebenden Kühlwassers bestimmt. Die ständig vorhandene Strahlung im Reaktor hat ebenfalls Einfluss auf die Struktur des Hüllrohrmaterials. Die Korrosion ist damit einer der Vorgänge, die die Einsatzzeit der Brennelemente in einem Reaktor auf etwa drei bis fünf Jahre begrenzen.

Weblinks

• Diverse Zusammensetzungen von Zircaloy-Legierungen
• Wärmeübertragung: Grundlagen, analytische und numerische Methoden

Einzelnachweise