在反应堆运行中，燃料释放的水分与锆管内壁发生反应，生成氧化锆与氢。由于燃料棒中的氧不断消耗，氢分压不断增加，使棒内的气氛由氧化气氛转变到缺氧富氢气氛，氧化膜长期处在高温缺氧环境中，局部氧化膜有可能被击穿而出现缺口，此处就迅速大量地吸氢，氢向低温方向扩散，当吸氢速率超过扩散速率时，氢化物析出。析出氢化物时体积膨胀14%，局部应力场使氢化物的取向呈放射状，在温度梯度作用下，氢不断从内壁向外壁扩散，并在内壁造成裂纹，促使氢化物缺陷向外扩展，在包壳外壁形成突起和鼓包。在功率变化时，包壳受到拉应力，这些脆弱的鼓包就会破裂，导致燃料棒破损。这就是内氢化破坏。
图3.3-16 内氢化破损示意图
8) ZrH的应力再取向
氢化物的析出方向不仅与织构有关，在有应力的情况下，还与应力方向有关：
在拉应力的状况下，氢化物析出方向与拉应力垂直。 在压应力的状况下，氢化物析出方向与压应力平行。
这种在应力状态下发生的氢化物重新分布的现象，称为应力再取向。
9) 失水条件下锆合金包壳的行为
失水事故LOCA发生后，冷却剂从破口喷出，堆内压力迅速下降，包壳管处于内压鼓胀的张力状态。虽然裂变反应可借插如所有控制棒而被停止，但燃料仍会继续排出潜热和放射性衰变热。同时包壳管温度上升，使包壳温度很快达到最高值。失水条件下，包壳管承受高温、高内压和蒸汽氧化的苛刻作用，主要作用有： i.
高温氧化：
在事故条件下，包壳内表面的氧化可能与包壳断裂后水蒸气向里扩散同时发生，经过实验验证，包壳管内、外表面达到吸氧量最大允许值所需的暴漏时间仅为8min。 ii.
脆化
总吸氧量及其在管壁内的分布决定了包壳脆化的程度。失水事故后，包壳承受多种应力，其中最主要的是在危急冷却系统注水淹没活性区时，由于急冷，包壳中产生的淬火应力。
蒸汽氧化时，锆包壳内氧化膜和富氧 α-锆相含氧量很高，是脆性相，只有高温时的β-锆是延性的，它冷却后转变为α’ -锆相，仍保留一定的延性。所以，氧化后包壳的延性取决于包壳中高温存在的β相份额。
iii. 高温胀破
失水条件下，锆包壳管发生胀破，就会堵塞一部分冷却剂流道，
而改变冷却机制。在阻塞区增加的流动阻力使冷却剂流量和传热性质降低。Zr包壳对温度极为敏感。
燃料包壳管在失水条件下为双轴应力状态，通过内压爆破试验研究爆破温度和内压对周向应变的影响规律，周向应变是发生可能的流道堵塞的必要条件。
爆破温度对周向应变的影响：在非氧化性气氛（氩气）和在蒸汽氧化气氛中，在α + β双相区温度范围内进行爆破试验，周向应变均明显减小。但在所有试验温度范围内，氧化气氛的试验中其周向应变比非氧化气氛的试验数据小，这是氧化和脆化的结果（见图3.3-17）。
图3.3-17Zr-4管氩气和蒸汽中的应力破裂试验结果：最大周向应变与温度曲线
爆破温度与爆破压力的关系：爆破温度越高，爆破压力越小。（见图3.3-18）
图3.3-18Zr-4包壳管的爆破温度与爆破压力的关系曲线
爆破压力对周向应变的影响：在低压或高压爆破时分别对应的爆破温度在α或β相区，周向应变较大；而在中等压力爆破时，对应于双相区温度范围内，其周向应变较小（见图3.3-19）。
