Abstract
放射性物質的外洩乃是原子爐安全的重要關鍵之一，所以，原子爐的設計基準要求將放射性物質作深層防護。尤以原子爐的第一道防線一燃料護套備受關注。與鋯合金護套相關的問題中，以其內徑的燃料和護套作用（PCI ）最為重要。且已證實分裂產物的碘會引起鋯合金的應力腐蝕破裂（SCC ），另外，由燃料丸中釋出的氧氣會使溫度在350 ℃左右的鈷護套內，形成一層具有保護性的氧化膜，因此，鋯合金和氧及碘之反應動力學，以及燃料一護套間隙之氧和碘分壓的影響，對合金內壁的應力腐蝕破裂與否為決定性的因素，本論文之重點即在於探討鋯分別與碘和氧氣體的反應動力之研究。利用電腦程式ICON計算鋯晶體與氧分子作用之活化能，另外，以熱天平等之精密儀器測量鋯分別與碘和氧反應時之重量變化情形，再配以熱力學、碰撞理論、Arrhenius律等理論，在350℃-450℃間以20，40，60torrs之不同氧分壓下，探討鋯與氧的反應之動力行為；另外，在1 torrs 的碘蒸氣下，300℃，325℃，350℃ 下做鋯–碘反應，探討溫度的效應，再於350 ℃下，做1，2，3，4torrs 碘蒸氣的鋯–碘反應實驗，助於了解碘分壓之影響。因此，由實驗可得到鋯與碘和氧反應的活化能、反應速率常數及動力現象。由ICON得到鋯氣反應活化能為10.78kcal/mole，由實驗得到鋯與氧化學反應活化能為4.3kcal/mole，因後者在實驗結果分析中乃以氧分子壓力作為基礎，二者之間尚有氧分子在鋯表面分解步驟之差異。另外，在長時間測試中，氧在氧化鋯中擴散的能障則為15.5kcal/mole ，與文獻的值頗相近。由碘與鋯反應實驗中量得全反應的活化能為9.76kcal/mole ，碘分子壓力反應級數為0.57,,與假設的反應控制步驟相符合。利用所得的活化能數據及反應動力學，有助於對鋯合金護套內壁應力腐蝕現象之了解，和護套安全性之預測。