結(jié)合日核電站爆炸談水裂變生成氫氣

栗河川 劉君華 栗廣林 常榮仙

（1.西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050400；2.河北華電石家莊熱電有限公司，河北 石家莊 050041；3.華北制藥集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050041）

日本核電站氫氣爆炸一年多了，而核電站氫氣爆炸的氫氣來源至今說法不一，有必要對(duì)氫氣的來源進(jìn)行探討。有人說氫氣是鋯水反應(yīng)生成的，這只是一種推測(cè)可信度較差，因?yàn)楹巳剂习鼩げ皇卿喗饘俣卿嗗a合金，鋯錫合金與水不能反應(yīng)生成氫氣，用水裂變這一新學(xué)說、新理論、新觀點(diǎn)去解釋氫氣的生成較為合理。美科學(xué)家在研究煤清潔燃燒的過程中也感性地認(rèn)識(shí)到水在超高溫條件下能裂變生成氫氣。水在超高溫條件下分>子內(nèi)的氫、氧原子急速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力 =向心力時(shí)，氫、氧原子間的氫鍵自然斷裂，氫、氧原子失去了氫鍵的制約就變成了氫氣和氧氣。

1 日本核電站安全防護(hù)系統(tǒng)裝置及爆炸原因

1.1日本核電站有多層防護(hù)系統(tǒng)，第一層防護(hù)罩 是核燃料鋯錫合金外殼，用來將具有放射性的核燃料與世隔絕。第二層防護(hù)罩是壓力容器，把堆芯放入壓力容器中。第三層防護(hù)罩是15厘米厚的不銹鋼板外加一米厚的水泥建成的安全殼，是封閉的與世隔絕的抗高壓、抗輻射的外殼，核反應(yīng)堆的所有硬件都裝置其中。第四層防護(hù)罩是廠房，是用鋼筋支架外加水泥建成。

1.2核電站爆炸，是由于地震→反應(yīng)堆自動(dòng)停止運(yùn)行→供電系統(tǒng)出現(xiàn)障礙→冷卻系統(tǒng)和應(yīng)急冷卻系統(tǒng)失靈→余熱無法排出→堆芯溫度增高→水溫升高產(chǎn)生蒸汽、使壓力容器里的壓力增大。而衰變熱繼續(xù)放出，導(dǎo)致蒸氣繼續(xù)放出使壓力容器內(nèi)的壓力再升高，其高壓氣體外泄到安全殼內(nèi)，使安全殼里的壓力升高到超過設(shè)計(jì)壓力的1.5倍以上。而安全殼內(nèi)的壓力仍繼續(xù)升高，使安全殼里的氫等氣體從泄壓安全閥的氣體通道排入廠房。由于廠房中氫氣的相對(duì)濃度達(dá)到了爆炸濃度，在遇到明火后發(fā)生了爆炸。

2 核電站氫氣爆炸，其氫氣是從哪里生出來的

核電站氫氣爆炸，其氫氣的來源至今說法不一，有人說是核燃料包殼鋯在高溫下與水發(fā)生鋯水反應(yīng)生成氫氣，也有人說鋯和水在高溫下生成二氧化鋯和氫氣等等。

2.1鋯在高溫下與水發(fā)生鋯水反應(yīng)生成氫氣的說法只是推測(cè)。資料表明，鋯的熔點(diǎn)1852℃，鋯在加熱時(shí)能大量地吸收氧、氫等氣體，在高溫時(shí)能與溶入的氧氣、氫氣直接化合等。卻沒有鋯水反應(yīng)生成氫氣的資料支持，所以說鋯在高溫下與水發(fā)生鋯水反應(yīng)生成氫氣的說法，只是一種推測(cè)，缺乏實(shí)驗(yàn)室資料支持可信度較差。

2.2 有人說鋯和水在高溫下生成二氧化鋯和氫氣。二氧化鋯與鋯的理化性能不同。二氧化鋯的熔點(diǎn)更高達(dá)2700度以上，不溶于水、鹽酸和稀硫酸?；瘜W(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。若在高溫下鋯水反應(yīng)生成二氧化鋯和氫氣，在鋯的表面形成了致密的二氧化鋯膜，保護(hù)了內(nèi)部的鋯不再與水發(fā)生反應(yīng)其反應(yīng)就此停止，所生成的氫氣是很有限的，其氫氣混合蒸氣漏入安全殼加以稀釋，再進(jìn)入廠房再加稀釋，其氫氣濃度就達(dá)不到氫氣的爆炸濃度。核電站就不會(huì)發(fā)生爆炸。所以說這種說法更不能成立。

2.3 核燃料包殼是鋯錫合金不是鋯。在鋯中加入適量的錫就成了鋯錫合金，而鋯的理化性能也就隨之大變，其硬度和耐蝕性等均有極大地提高，在高溫下不能與酸堿反應(yīng)，更不能與水發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。為什么卻有人不顧事實(shí)真相硬說成核燃料包殼是鋯呢？是因?yàn)楹穗娬颈ㄊ菤錃獗?，氫氣是從哪里來的總要有個(gè)說法吧，作者為了給公眾一個(gè)說法，就苦費(fèi)心機(jī)地想出了鋯水反應(yīng)生成氫氣的理論。所以就必須把核燃料包殼鋯錫合金善意地筆誤成鋯，利用這一字之誤就把兩種理化性能完全不同的稀有金屬混淆起來，這樣才能使人相信鋯水反應(yīng)生成氫氣的理論，這是作者善意地欺騙也是無奈之舉。其實(shí)這恰恰證實(shí)了核電站爆炸的氫氣與鋯水反應(yīng)沒有任何關(guān)系，因?yàn)楹巳剂习鼩な卿嗗a合金不是鋯。

2.4把核燃料包殼鋯錫合金筆誤成鋯，這種筆誤極為明顯人人皆知。但又為什么沒有人提出質(zhì)疑呢？因?yàn)槟阋岢鲑|(zhì)疑你就必須首先闡明氫氣的來源途徑，若提不出氫氣新的來源你就沒有發(fā)言權(quán)，所以明知是錯(cuò)誤的說法也沒有人提出反對(duì)。再者對(duì)新理論的提出總是思前顧后，沒有足夠的事實(shí)足夠的把握，誰也不敢提出氫氣生成的新理論，所以就讓那種鋯水反應(yīng)生成氫氣的錯(cuò)誤結(jié)論遲遲得不到糾正。

2.5氫氣是水裂變生成的

日本核電站氫氣爆炸，是由于地震→反應(yīng)堆自動(dòng)停止運(yùn)行→供電系統(tǒng)出現(xiàn)障礙→冷卻系統(tǒng)和應(yīng)急冷卻系統(tǒng)失靈→余熱無法排出→堆芯溫度增高→水溫升高產(chǎn)生蒸汽使壓力容器的壓力增大。而衰變熱繼續(xù)放出，導(dǎo)致蒸氣繼續(xù)生成使壓力容器里的壓力繼續(xù)升高，使水蒸汽等氣體外泄到安全殼，使安全殼里的壓力升高再升高，其壓力升高超過設(shè)計(jì)抗壓能力的1.5倍以上。而安全殼內(nèi)的壓力仍繼續(xù)升高，水蒸氣的溫>度也隨之繼續(xù)升高，當(dāng)水蒸氣的溫度升高到 =裂>變溫度（1000℃）時(shí)，作用在氫鍵上的離心力 =向心力，氫鍵自然斷裂，水分子內(nèi)的氫、氧原子失去氫鍵的制約，就變成另兩種動(dòng)能極高的單質(zhì)—?dú)湓雍脱踉?。根?jù)能量最低原理，極高動(dòng)能的氫、氧原子必然放出大量熱能變成穩(wěn)定的氫、氧分子，從而使安全殼內(nèi)的溫度再度升高，水裂變快速進(jìn)行生成大量的氫氣和氧氣。所以說核電站氫氣爆炸的氫氣是水裂變生成的。

2.6 核電站氫氣爆炸避免了一場(chǎng)更重大的災(zāi)難—核爆炸

如前1.2中所述：當(dāng)安全殼內(nèi)的壓力極高時(shí)，安全殼內(nèi)氫、氧等氣體從泄壓安全閥的氣體通道排入廠房。如若氫等氣體不能從泄壓安全閥的氣體通道排入廠房。必然安全殼內(nèi)的壓力繼續(xù)升高水蒸氣>的溫度也繼續(xù)升高，當(dāng)水蒸氣的溫度升>高到 =裂變溫度時(shí)，作用在氫鍵上的離心力 =向心力，氫鍵自然斷裂，水分子內(nèi)的氫、氧原子就變成大量的氫氣和氧氣，使安全殼內(nèi)的壓力再增高，當(dāng)安全殼內(nèi)的壓力超過安全殼壁的抗壓能力的極限時(shí)，必然引起安全殼壁的物理性爆破，爆破產(chǎn)生極大的沖擊波引發(fā)安全殼內(nèi)的氫氣化學(xué)爆炸，繼而引發(fā)壓力容器及核反應(yīng)堆的連鎖爆炸—核爆炸，其后果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站反應(yīng)堆爆炸給人們帶來的災(zāi)難。幸運(yùn)的是安全殼內(nèi)的氣體從泄壓安全閥的氣體通道排入了廠房。降低了安全殼內(nèi)的壓力，才幸免了一場(chǎng)重大災(zāi)難。

3 水裂變生成氫氣的機(jī)理

水是氫、氧兩種元素由氫鍵連接而成的物質(zhì)H-O-H。水分子呈V型結(jié)構(gòu)，V型結(jié)構(gòu)使水分子正負(fù)電荷向兩端集中，一端為兩個(gè)H帶正電荷，一端為O帶負(fù)電荷，所以水是極性分子。極性使分子間產(chǎn)生氫鍵，并有多個(gè)水分子締合nH2O=(H2O)n.氫鍵的多少和水溫的高低成反比，O℃時(shí)全部水分子由氫鍵締合在一起稱冰。水溫升高分子動(dòng)能增大破壞分子間的氫鍵，冰熔化約有15%氫鍵斷裂，水溫升到72℃斷裂氫鍵達(dá)61%。水溫升到100℃分子間的氫鍵全部斷裂成為單分子的氣態(tài)水，單分子動(dòng)能增大，分子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速率加快，分子內(nèi)氫、氧原子的圓周運(yùn)動(dòng)速率也隨之加大，產(chǎn)生脫離旋轉(zhuǎn)中心的離心力也增大。若水溫繼續(xù)升高分子的旋轉(zhuǎn)速率繼續(xù)增大，分子內(nèi)氫、氧原子的圓周運(yùn)動(dòng)也加快，產(chǎn)生的離心力也隨之增大。①原子作圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力。由于分子旋轉(zhuǎn)速率加大，分子內(nèi)氫、氧原子的圓周運(yùn)動(dòng)也隨之加快，產(chǎn)生脫離旋轉(zhuǎn)中心的離心力也加大。②原子振動(dòng)產(chǎn)生的離心力。由于氫、氧原子振動(dòng)也產(chǎn)生離心力，溫度越高振動(dòng)頻率和振幅越大，氫、氧原子作用在氫鍵上的離心力也越大。又由于溫度越高氫鍵夾角越小、鍵長(zhǎng)越短，均又加快了離心力的增大。①加②是氫、氧原子作用在氫鍵上的總離心力，氫鍵向心力不變。因?yàn)殡x心力的大小和水溫的高低成正比，水溫越高離心力越大，離心力和向心力之差越來越小>，當(dāng)水溫升高到裂變溫度（1000℃），離心力 =向心力氫鍵就自然斷裂，氫、氧原子失去氫鍵的制約就變成高能單質(zhì)—?dú)?、氧原子。根?jù)能量最低原理，極高動(dòng)能的氫、氧原子必然放出大量熱能變成穩(wěn)定的氫、氧分子即氫氣和氧氣。

4 美科學(xué)家在實(shí)踐中也感性地認(rèn)識(shí)到水裂變能生成氫氣

美科學(xué)家在研究煤清潔燃燒的過程中發(fā)現(xiàn)煤與蒸氣在超高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，生成一種“合成氣”，其主要成分是一氧化碳和氫氣。煤不含氫元素，水是由氫、氧元素組成的，所以說氫氣必然來源于水，于是美桑迪亞燃燒研究所（CRF）克里斯－塞迪克斯說：“將來的某一天，我們可能會(huì)采取分裂水分子的方法來獲取氫氣，可在核反應(yīng)器中高溫高壓的條件下進(jìn)行”。這說明他們?cè)诳蒲兄幸舶l(fā)現(xiàn)在超高溫條件下水可以分裂變成氫氣。也說明他們的設(shè)備裝置已能把水蒸氣溫度提高到接近水裂變溫度，水分子內(nèi)的氫、氧原子急速旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，產(chǎn)生的作用在氫鍵上的離心力已接近氫鍵向心力，氫、氧原子間的部分氫鍵開始斷裂就變成了氫氣。他們又說：“可在核反應(yīng)器中高溫高壓的條件下進(jìn)行”。又說明他們也認(rèn)識(shí)到：只有在超高溫高壓條件下才能從水中獲取氫氣。這些均可說明他們?cè)诳蒲袑?shí)踐中已經(jīng)感性地認(rèn)識(shí)到水裂變能生成氫氣。但是他們并不知道水裂變生成氫氣的機(jī)理。這就是水裂變，是水裂變生成的氫氣，是水>在超高溫條件下，作用在氫鍵上的離心力 =向心力時(shí)氫鍵自然斷裂，分子內(nèi)氫、氧原子失去了氫鍵的制約，氫、氧原子就變成另兩種單質(zhì)—?dú)錃夂脱鯕狻?/p>

日本核電站氫氣爆炸是人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中遇到的，水在超高溫條件下裂變生成氫氣的第二個(gè)典例，它也從另一個(gè)角度證實(shí)了水在裂變溫度條件下生成氫氣，是不以人們意志改變的必然規(guī)律。因?yàn)樗菤浜脱踉赜蓺滏I結(jié)合起來的物質(zhì)。氫鍵決定著水的狀態(tài)和存在，熱量又制約著氫鍵，如水溫在：①O℃時(shí)全部水分子由氫鍵締合在一起稱冰。②100℃時(shí)分子間的氫鍵全部斷裂成為單分子的氣態(tài)水稱氣化。③1000℃時(shí)水分子內(nèi)原子間的氫鍵自然斷裂變成氫和氧稱水裂變。④氫遇火燃燒放出熱量生成水。⑤氫、氧與氫鍵、熱量三者的關(guān)系：氫鍵可把氫、氧元素結(jié)合起來生成水，氫鍵的多少又決定著水的狀態(tài)和存在。熱量又制約著氫鍵，熱量越多氫鍵越少，熱量可把氫鍵全部消失水就變成了氫氣和氧氣。三者是相生相克、相互依存、轉(zhuǎn)化消長(zhǎng)的關(guān)系。⑥我們理性地認(rèn)識(shí)了水裂變，就可以隨意地把水變成氫、把氫變成水，放出熱量為人類服務(wù)。

[1]日本福島核電站爆炸解析idu.com/view/2f088c95dd88d0d233d46ae0.html

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

[3]栗河川，栗廣林.等《水裂變?nèi)紵臋C(jī)理》http://www.csnyw.cn/view.phparticleid=1456

[4]栗河川，栗廣林.等.水裂變一國(guó)際能源的新突破[J].今日科苑，2010(19).

[5]栗河川，栗廣林.等《水裂變能源》中國(guó)教育教學(xué)雜志[J].2010-11.

[6]栗河川，劉君華等.《運(yùn)用水裂變，開發(fā)新能源》中國(guó)論文中心www.wenlun.com，Inc.All rights reserved

[7]栗河川，劉君華等.水裂變的機(jī)理探討，中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品雜志[J].2012(02):21-22.

[8]水和水分子結(jié)構(gòu)的特異性http://www.kongfen.cn/Article/cn_bookviw.aspid=748

[9]美研究煤清潔燃燒氫能的產(chǎn)能效益http://www.sp.com.cn/kpzl/xnyfd/200604/t20060412_28231.htm