Come già detto, le leghe a base di zirconio costituiscono il materiale più idoneo per l’incamiciatura delle barrette di ossido di uranio nei reattori perché questo materiale associa alle qualità nucleari (basso assorbimento di neutroni) un comportamento meccanico e chimico adeguato alle condizioni di funzionamento di una centrale.

Il principale problema per l’impiego dello zirconio è rappresentato dalla sua ossidazione in presenza di vapore ad alta temperatura. L’ossidazione dello zirconio è un fenomeno caratterizzato da una elevata esotermicità, al pari della reazione fra sodio metallico e acqua, sia  dalla produzione localizzata d’idrogeno. Lo strato di ossido che si forma ha inizialmente una funzione protettiva ma in seguito la velocità di corrosione cresce rapidamente, soprattutto quando il raffreddamento è insufficiente o disomogeneo, fino a raggiungere un valore indipendente dal tempo di utilizzo.

La produzione d’idrogeno può provocare, all’interno del reattore, esplosioni che sono state alla base dell’incidente di Three Mile Island (USA) nel 1979 e che hanno aggravato la situazione, già precaria, dei reattori di Fukushima (Giappone) nel 2011 dopo che il terremoto e il successivo Tsunami hanno danneggiato il circuito di raffreddamento del reattore. L’idrogeno, infatti, esplode nell’aria a concentrazioni comprese fra 5-14%, il gas prodotto dall’ossidazione dello zirconio, conseguente all’interruzione del circuito di raffreddamento, invadendo gli ambienti circostanti, è esploso ed ha gravemente danneggiato gli edifici e il contenimento di un reattore. Per evitare accumuli di idrogeno, nei reattori ad acqua pressurizzata (PWR) sono istallati catalizzatori in grado di ricombinare l’idrogeno e l’ossigeno a temperatura ambiente prima che sia raggiunto il limite di esplosività.

La produzione d’idrogeno durante il processo di ossidazione dello zirconio determina anche la sua diffusione all’interno del materiale stesso con velocità elevata (2×10-6 cm2/sec a 300 °C) ed in quantità notevoli (50-100%). La presenza d’idrogeno ha effetti importanti sullo zirconio poiché correlata alla formazione d’idruri che precipitano in forma “allungata” in relazione alla struttura cristallina orientata anche in funzione delle deformazioni subite dal materiale.