由温室气体带来的气候危机已经给全球各行各业带来了严峻挑战,我国提出的“碳达峰、碳中和”目标顺应了绿色低碳可持续发展的全球大势。实现双碳目标,能源是主战场,电力是主力军,我国正努力构建清洁低碳安全高效的能源体系。核电作为全球仅次于水电的第二大低碳电力来源,具有清洁高效、能量密度大、出力稳定、运营产出灵活性高等优势,但历史上的两次重大核电站事故给核电发展带来了重创,因此积极有序发展核电的前提是确保核电站安全稳定运行。水冷反应堆（WCR）是应用最广泛的在役民用核反应堆,主要包括压水堆（PWR）、沸水堆（BWR）和重水堆（PHWR）等。各堆型有其特殊的一回路系统,一回路中冷却剂均为含有辐照的高温高压水溶液,长期处在此环境下的结构材料极易发生腐蚀损伤,直接威胁核电站的安全稳定。金属材料在腐蚀介质中形成的钝化膜的性质决定着材料的耐蚀性能,目前认为解决核电站结构材料腐蚀和辐射剂量积累问题的有效手段是对核电站水化学工况进行优化和管理。压水堆一回路通常采用硼酸和氢氧化锂轻水溶液做冷却剂,而重水堆一回路的冷却剂为含氢氧化锂的重水。运行经验表明,传统水化学调节技术不能有效抑制一回路结构材料的腐蚀以及腐蚀产物的迁移沉积。锌注入技术作为一项水化学优化措施已得到广泛应用,可有效减缓金属材料的腐蚀速率并降低职业辐射照射剂量率。锌铝注入是一项新型技术,已在实验室模拟压水堆一回路工况下表现出优于单独注锌的抑制金属腐蚀的效果。本文从多角度展开研究,详细分析了锌铝注入抑制压水堆一回路结构材料腐蚀的机理,指出其抑制碳钢、不锈钢、镍基合金腐蚀效果的差异性,并首次将锌铝注入应用到模拟重水堆一回路工况,探究其对结构材料A106B碳钢耐蚀性的影响并分析机理。主要研究内容和结论如下:（1）为了分析锌铝注入抑制压水堆一回路碳钢、不锈钢和镍基合金腐蚀的机理,本文依据金属基体铁、铬、镍含量的不同,绘制了锌铝注入后不同体系高温E-pH图,确定稳定固相;计算各尖晶石氧化物生成反应的高温吉布斯自由能变及其在高温水中的溶解度;结合金属阳离子形成尖晶石的优先顺序及尖晶石结构的稳定性,比较锌铝注入抑制三类合金腐蚀的差异性。研究发现,在压水堆一回路高温条件下ZnFe2O4、ZnCr2O4和MAl2O4（M=Fe,Ni,Zn）的生成极易自发进行,特别是ZnAl2O4的生成自发程度极高。在不锈钢和镍基合金内外双层结构的氧化膜中,温度升高有利于促进内层铝酸盐尖晶石的自发生成。证实了高温冷却剂中的Zn2+和A13+参与化学反应进入到金属氧化膜中,形成了稳定性更高、溶解度较低的尖晶石氧化物。碳钢表面氧化膜以FeAl2O4和ZnAl2O4为主,不锈钢内层氧化膜主要含有ZnCr2O4、FeAl2O4和ZnAl2O4,镍基合金则以ZnCr2O4和NiAl2O4为氧化膜的主要成分。相比单独注入Zn2+,锌铝注入可显著提升碳钢的耐蚀性,而对镍基合金耐蚀性的提升效果不佳。（2）为将压水堆一回路锌铝注入技术推广至其它水冷反应堆,本文模拟重水堆一回路工况,探究锌注入、锌铝注入对热传输系统管道主要材料A106B碳钢腐蚀行为的影响。考虑到重水的特殊性,在实验室环境较难实现,故模拟溶液均由轻水配制而成。通过极化曲线、电化学交流阻抗谱和Mott-Schottky曲线等电化学测试分析碳钢表面氧化膜的电化学性质和半导体性质,使用光电化学实验和XPS、SEM等表征技术研究不同水溶液中形成的碳钢氧化膜的主要成分及形貌。研究结果表明,注入20ppb Zn2+抑制腐蚀效果最明显,腐蚀电流密度值最小,载流子浓度显著降低,碳钢表面生成了形状规则、以ZnFe2O4和MnFe2O4为主要成分的致密氧化膜。锌铝注入（20ppb Zn2++20ppb Al3+）抑制碳钢腐蚀效果明显,验证了 FeAl2O4、ZnAl2O4可在碳钢表面生成。（3）为探究锌铝注入抑制重水堆一回路碳钢腐蚀的机理,本文类比轻水电离和pH值的定义,得到LiOH重水溶液中存在的电离平衡,对不同温度、不同浓度下溶液pD值进行计算,并通过溶解沉积平衡得到了不同水工况下碳钢氧化膜主要成分 Fe3O4、MnO、ZnFe2O4、MnFe2O4、FeAl2O4 和 ZnAl2O4 在高温轻水、重水中的溶解度。研究结果表明,对某浓度LiOH溶液,pD值高于pH值,且二者差值为定值,此差值随温度升高而减小。在模拟实验的水环境中（pH563K=7.48）,SZnFe2O4和SMnFe2O4处于较低水平,与实验所得注入20ppb Zn2+显著提升碳钢耐蚀性的结果一致,因此氧化膜内的锰、锌含量共同影响A106B碳钢的耐蚀性。此外,与轻水环境相比ZnFe2O4、MnFe2O4和ZnAl2O4在高温重水中的溶解度低多个数量级,若将此项技术应用到重水堆核电站,有望进一步提升碳钢耐蚀性。