结合日核电站爆炸谈水裂变生成氢气

2012-12-29栗河川刘君华栗广林常荣仙

中国新技术新产品 2012年14期

栗河川刘君华栗广林常荣仙

（1.西柏坡发电有限责任公司，河北石家庄 050400；2.河北华电石家庄热电有限公司，河北石家庄 050041；3.华北制药集团有限责任公司，河北石家庄 050041）

日本核电站氢气爆炸一年多了，而核电站氢气爆炸的氢气来源至今说法不一，有必要对氢气的来源进行探讨。有人说氢气是锆水反应生成的，这只是一种推测可信度较差，因为核燃料包壳不是锆金属而是锆锡合金，锆锡合金与水不能反应生成氢气，用水裂变这一新学说、新理论、新观点去解释氢气的生成较为合理。美科学家在研究煤清洁燃烧的过程中也感性地认识到水在超高温条件下能裂变生成氢气。水在超高温条件下分>子内的氢、氧原子急速转动产生的离心力 =向心力时，氢、氧原子间的氢键自然断裂，氢、氧原子失去了氢键的制约就变成了氢气和氧气。

1 日本核电站安全防护系统装置及爆炸原因

1.1日本核电站有多层防护系统，第一层防护罩是核燃料锆锡合金外壳，用来将具有放射性的核燃料与世隔绝。第二层防护罩是压力容器，把堆芯放入压力容器中。第三层防护罩是15厘米厚的不锈钢板外加一米厚的水泥建成的安全壳，是封闭的与世隔绝的抗高压、抗辐射的外壳，核反应堆的所有硬件都装置其中。第四层防护罩是厂房，是用钢筋支架外加水泥建成。

1.2核电站爆炸，是由于地震→反应堆自动停止运行→供电系统出现障碍→冷却系统和应急冷却系统失灵→余热无法排出→堆芯温度增高→水温升高产生蒸汽、使压力容器里的压力增大。而衰变热继续放出，导致蒸气继续放出使压力容器内的压力再升高，其高压气体外泄到安全壳内，使安全壳里的压力升高到超过设计压力的1.5倍以上。而安全壳内的压力仍继续升高，使安全壳里的氢等气体从泄压安全阀的气体通道排入厂房。由于厂房中氢气的相对浓度达到了爆炸浓度，在遇到明火后发生了爆炸。

2 核电站氢气爆炸，其氢气是从哪里生出来的

核电站氢气爆炸，其氢气的来源至今说法不一，有人说是核燃料包壳锆在高温下与水发生锆水反应生成氢气，也有人说锆和水在高温下生成二氧化锆和氢气等等。

2.1锆在高温下与水发生锆水反应生成氢气的说法只是推测。资料表明，锆的熔点1852℃，锆在加热时能大量地吸收氧、氢等气体，在高温时能与溶入的氧气、氢气直接化合等。却没有锆水反应生成氢气的资料支持，所以说锆在高温下与水发生锆水反应生成氢气的说法，只是一种推测，缺乏实验室资料支持可信度较差。

2.2 有人说锆和水在高温下生成二氧化锆和氢气。二氧化锆与锆的理化性能不同。二氧化锆的熔点更高达2700度以上，不溶于水、盐酸和稀硫酸。化学性质非常稳定。若在高温下锆水反应生成二氧化锆和氢气，在锆的表面形成了致密的二氧化锆膜，保护了内部的锆不再与水发生反应其反应就此停止，所生成的氢气是很有限的，其氢气混合蒸气漏入安全壳加以稀释，再进入厂房再加稀释，其氢气浓度就达不到氢气的爆炸浓度。核电站就不会发生爆炸。所以说这种说法更不能成立。

2.3 核燃料包壳是锆锡合金不是锆。在锆中加入适量的锡就成了锆锡合金，而锆的理化性能也就随之大变，其硬度和耐蚀性等均有极大地提高，在高温下不能与酸碱反应，更不能与水发生反应生成氢气。为什么却有人不顾事实真相硬说成核燃料包壳是锆呢？是因为核电站爆炸是氢气爆炸，氢气是从哪里来的总要有个说法吧，作者为了给公众一个说法，就苦费心机地想出了锆水反应生成氢气的理论。所以就必须把核燃料包壳锆锡合金善意地笔误成锆，利用这一字之误就把两种理化性能完全不同的稀有金属混淆起来，这样才能使人相信锆水反应生成氢气的理论，这是作者善意地欺骗也是无奈之举。其实这恰恰证实了核电站爆炸的氢气与锆水反应没有任何关系，因为核燃料包壳是锆锡合金不是锆。

2.4把核燃料包壳锆锡合金笔误成锆，这种笔误极为明显人人皆知。但又为什么没有人提出质疑呢？因为你要提出质疑你就必须首先阐明氢气的来源途径，若提不出氢气新的来源你就没有发言权，所以明知是错误的说法也没有人提出反对。再者对新理论的提出总是思前顾后，没有足够的事实足够的把握，谁也不敢提出氢气生成的新理论，所以就让那种锆水反应生成氢气的错误结论迟迟得不到纠正。

2.5氢气是水裂变生成的

日本核电站氢气爆炸，是由于地震→反应堆自动停止运行→供电系统出现障碍→冷却系统和应急冷却系统失灵→余热无法排出→堆芯温度增高→水温升高产生蒸汽使压力容器的压力增大。而衰变热继续放出，导致蒸气继续生成使压力容器里的压力继续升高，使水蒸汽等气体外泄到安全壳，使安全壳里的压力升高再升高，其压力升高超过设计抗压能力的1.5倍以上。而安全壳内的压力仍继续升高，水蒸气的温>度也随之继续升高，当水蒸气的温度升高到 =裂>变温度（1000℃）时，作用在氢键上的离心力 =向心力，氢键自然断裂，水分子内的氢、氧原子失去氢键的制约，就变成另两种动能极高的单质—氢原子和氧原子。根据能量最低原理，极高动能的氢、氧原子必然放出大量热能变成稳定的氢、氧分子，从而使安全壳内的温度再度升高，水裂变快速进行生成大量的氢气和氧气。所以说核电站氢气爆炸的氢气是水裂变生成的。

2.6 核电站氢气爆炸避免了一场更重大的灾难—核爆炸

如前1.2中所述：当安全壳内的压力极高时，安全壳内氢、氧等气体从泄压安全阀的气体通道排入厂房。如若氢等气体不能从泄压安全阀的气体通道排入厂房。必然安全壳内的压力继续升高水蒸气>的温度也继续升高，当水蒸气的温度升>高到 =裂变温度时，作用在氢键上的离心力 =向心力，氢键自然断裂，水分子内的氢、氧原子就变成大量的氢气和氧气，使安全壳内的压力再增高，当安全壳内的压力超过安全壳壁的抗压能力的极限时，必然引起安全壳壁的物理性爆破，爆破产生极大的冲击波引发安全壳内的氢气化学爆炸，继而引发压力容器及核反应堆的连锁爆炸—核爆炸，其后果远远超过前苏联切尔诺贝利核电站反应堆爆炸给人们带来的灾难。幸运的是安全壳内的气体从泄压安全阀的气体通道排入了厂房。降低了安全壳内的压力，才幸免了一场重大灾难。

3 水裂变生成氢气的机理

水是氢、氧两种元素由氢键连接而成的物质H-O-H。水分子呈V型结构，V型结构使水分子正负电荷向两端集中，一端为两个H带正电荷，一端为O带负电荷，所以水是极性分子。极性使分子间产生氢键，并有多个水分子缔合nH2O=(H2O)n.氢键的多少和水温的高低成反比，O℃时全部水分子由氢键缔合在一起称冰。水温升高分子动能增大破坏分子间的氢键，冰熔化约有15%氢键断裂，水温升到72℃断裂氢键达61%。水温升到100℃分子间的氢键全部断裂成为单分子的气态水，单分子动能增大，分子旋转运动的速率加快，分子内氢、氧原子的圆周运动速率也随之加大，产生脱离旋转中心的离心力也增大。若水温继续升高分子的旋转速率继续增大，分子内氢、氧原子的圆周运动也加快，产生的离心力也随之增大。①原子作圆周运动产生的离心力。由于分子旋转速率加大，分子内氢、氧原子的圆周运动也随之加快，产生脱离旋转中心的离心力也加大。②原子振动产生的离心力。由于氢、氧原子振动也产生离心力，温度越高振动频率和振幅越大，氢、氧原子作用在氢键上的离心力也越大。又由于温度越高氢键夹角越小、键长越短，均又加快了离心力的增大。①加②是氢、氧原子作用在氢键上的总离心力，氢键向心力不变。因为离心力的大小和水温的高低成正比，水温越高离心力越大，离心力和向心力之差越来越小>，当水温升高到裂变温度（1000℃），离心力 =向心力氢键就自然断裂，氢、氧原子失去氢键的制约就变成高能单质—氢、氧原子。根据能量最低原理，极高动能的氢、氧原子必然放出大量热能变成稳定的氢、氧分子即氢气和氧气。

4 美科学家在实践中也感性地认识到水裂变能生成氢气

美科学家在研究煤清洁燃烧的过程中发现煤与蒸气在超高温条件下发生反应，生成一种“合成气”，其主要成分是一氧化碳和氢气。煤不含氢元素，水是由氢、氧元素组成的，所以说氢气必然来源于水，于是美桑迪亚燃烧研究所（CRF）克里斯－塞迪克斯说：“将来的某一天，我们可能会采取分裂水分子的方法来获取氢气，可在核反应器中高温高压的条件下进行”。这说明他们在科研中也发现在超高温条件下水可以分裂变成氢气。也说明他们的设备装置已能把水蒸气温度提高到接近水裂变温度，水分子内的氢、氧原子急速旋转和振动，产生的作用在氢键上的离心力已接近氢键向心力，氢、氧原子间的部分氢键开始断裂就变成了氢气。他们又说：“可在核反应器中高温高压的条件下进行”。又说明他们也认识到：只有在超高温高压条件下才能从水中获取氢气。这些均可说明他们在科研实践中已经感性地认识到水裂变能生成氢气。但是他们并不知道水裂变生成氢气的机理。这就是水裂变，是水裂变生成的氢气，是水>在超高温条件下，作用在氢键上的离心力 =向心力时氢键自然断裂，分子内氢、氧原子失去了氢键的制约，氢、氧原子就变成另两种单质—氢气和氧气。

日本核电站氢气爆炸是人们在生产实践中遇到的，水在超高温条件下裂变生成氢气的第二个典例，它也从另一个角度证实了水在裂变温度条件下生成氢气，是不以人们意志改变的必然规律。因为水是氢和氧元素由氢键结合起来的物质。氢键决定着水的状态和存在，热量又制约着氢键，如水温在：①O℃时全部水分子由氢键缔合在一起称冰。②100℃时分子间的氢键全部断裂成为单分子的气态水称气化。③1000℃时水分子内原子间的氢键自然断裂变成氢和氧称水裂变。④氢遇火燃烧放出热量生成水。⑤氢、氧与氢键、热量三者的关系：氢键可把氢、氧元素结合起来生成水，氢键的多少又决定着水的状态和存在。热量又制约着氢键，热量越多氢键越少，热量可把氢键全部消失水就变成了氢气和氧气。三者是相生相克、相互依存、转化消长的关系。⑥我们理性地认识了水裂变，就可以随意地把水变成氢、把氢变成水，放出热量为人类服务。

[1]日本福岛核电站爆炸解析idu.com/view/2f088c95dd88d0d233d46ae0.html

[2]锆矿的基本特性 ttp://www.cnv168.com/gao/QV0vjZ38lmKr.html

[3]栗河川，栗广林.等《水裂变燃烧的机理》http://www.csnyw.cn/view.phparticleid=1456

[4]栗河川，栗广林.等.水裂变一国际能源的新突破[J].今日科苑，2010(19).

[5]栗河川，栗广林.等《水裂变能源》中国教育教学杂志[J].2010-11.

[7]栗河川，刘君华等.水裂变的机理探讨，中国新技术新产品杂志[J].2012(02):21-22.

[8]水和水分子结构的特异性http://www.kongfen.cn/Article/cn_bookviw.aspid=748

[9]美研究煤清洁燃烧氢能的产能效益http://www.sp.com.cn/kpzl/xnyfd/200604/t20060412_28231.htm