毛 立 周星宇 唐双凌 黄寅生 杨欣静 宋晓鹏 马健行

①南京理工大学化学与化工学院(江苏南京，210094)

②南京理工大学环境与生物工程学院(江苏南京，210094)

③中国核电工程有限公司(北京，100840)

引言

锆Zr是一种银灰色金属，粉末为黑色，原子序数为40，相对原子质量为91[1]。锆具有优秀的工艺特性和抗腐蚀性能[2]。除此之外，锆合金具有耐高温水蒸气腐蚀、导热率高、热中子吸收截面小等适合作为核燃料棒包壳的性质[3]。

锆材由于具有各种优点，被广泛应用于兵器制造、航空航天以及核电等领域中[4]。其中，核电对锆的需求巨大。在核电乏燃料后处理过程中，需要对乏燃料的锆合金外壳进行切割而使其中的铀、钚等核材料裸露。剪切操作中，刀具与包壳的摩擦过程会产生细毛边，容易在剪切中产生锆粉，并在剪切机的角落积累。作为可燃性粉尘，在密闭空间中，锆粉浓度上升到一定程度，有可能会被剪切机切断时产生的火花引爆。粉尘爆炸的反应时间短，并伴随大量放热，形成局部的高温、高压，破坏力极强[5]。国外出现过堆积的锆材燃烧爆炸的事故[6]。乏燃料后处理的过程涉及具有强放射性的多种核素，若产生锆粉燃烧爆炸，释放出的烟雾和微粒可能含有大量放射性核素。在锆粉燃烧的高温下，某些放射性核素会大量挥发，对环境产生严重的污染。为有效防控锆粉燃烧爆炸事故，研究锆粉的燃爆特性以及燃烧爆炸抑制方法非常必要。

关于锆燃烧爆炸已经进行了很多研究。……