結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.西柏坡發電有限責任公司，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.華北制藥集團有限責任公司，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，有必要對氫氣的來源進行探討。有人說氫氣是鋯水反應生成的，這只是一種推測可信度較差，因為核燃料包殼不是鋯金屬而是鋯錫合金，鋯錫合金與水不能反應生成氫氣，用水裂變這一新學說、新理論、新觀點去解釋氫氣的生成較為合理。美科學家在研究煤清潔燃燒的過程中也感性地認識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>子內的氫、氧原子急速轉動產生的離心力 =向心力時，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系統裝置及爆炸原因

1.1日本核電站有多層防護系統，第一層防護罩 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。第二層防護罩是壓力容器，把堆芯放入壓力容器中。第三層防護罩是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，核反應堆的所有硬件都裝置其中。第四層防護罩是廠房，是用鋼筋支架外加水泥建成。

1.2核電站爆炸，是由于地震→反應堆自動停止運行→供電系統出現障礙→冷卻系統和應急冷卻系統失靈→余熱無法排出→堆芯溫度增高→水溫升高產生蒸汽、使壓力容器里的壓力增大。而衰變熱繼續放出，導致蒸氣繼續放出使壓力容器內的壓力再升高，其高壓氣體外泄到安全殼內，使安全殼里的壓力升高到超過設計壓力的1.5倍以上。而安全殼內的壓力仍繼續升高，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濃度達到了爆炸濃度，在遇到明火后發生了爆炸。

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生鋯水反應生成氫氣，也有人說鋯和水在高溫下生成二氧化鋯和氫氣等等。

2.1鋯在高溫下與水發生鋯水反應生成氫氣的說法只是推測。資料表明，鋯的熔點1852℃，鋯在加熱時能大量地吸收氧、氫等氣體，在高溫時能與溶入的氧氣、氫氣直接化合等。卻沒有鋯水反應生成氫氣的資料支持，所以說鋯在高溫下與水發生鋯水反應生成氫氣的說法，只是一種推測，缺乏實驗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。二氧化鋯的熔點更高達2700度以上，不溶于水、鹽酸和稀硫酸。化學性質非常穩定。若在高溫下鋯水反應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，保護了內部的鋯不再與水發生反應其反應就此停止，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，再進入廠房再加稀釋，其氫氣濃度就達不到氫氣的爆炸濃度。核電站就不會發生爆炸。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，更不能與水發生反應生成氫氣。為什么卻有人不顧事實真相硬說成核燃料包殼是鋯呢？是因為核電站爆炸是氫氣爆炸，氫氣是從哪里來的總要有個說法吧，作者為了給公眾一個說法，就苦費心機地想出了鋯水反應生成氫氣的理論。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生成氫氣的理論，這是作者善意地欺騙也是無奈之舉。其實這恰恰證實了核電站爆炸的氫氣與鋯水反應沒有任何關系，因為核燃料包殼是鋯錫合金不是鋯。

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疑呢？因為你要提出質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言權，所以明知是錯誤的說法也沒有人提出反對。再者對新理論的提出總是思前顧后，沒有足夠的事實足夠的把握，誰也不敢提出氫氣生成的新理論，所以就讓那種鋯水反應生成氫氣的錯誤結論遲遲得不到糾正。

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→反應堆自動停止運行→供電系統出現障礙→冷卻系統和應急冷卻系統失靈→余熱無法排出→堆芯溫度增高→水溫升高產生蒸汽使壓力容器的壓力增大。而衰變熱繼續放出，導致蒸氣繼續生成使壓力容器里的壓力繼續升高，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，其壓力升高超過設計抗壓能力的1.5倍以上。而安全殼內的壓力仍繼續升高，水蒸氣的溫>度也隨之繼續升高，當水蒸氣的溫度升高到 =裂>變溫度（1000℃）時，作用在氫鍵上的離心力 =向心力，氫鍵自然斷裂，水分子內的氫、氧原子失去氫鍵的制約，就變成另兩種動能極高的單質—氫原子和氧原子。根據能量最低原理，極高動能的氫、氧原子必然放出大量熱能變成穩定的氫、氧分子，從而使安全殼內的溫度再度升高，水裂變快速進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更重大的災難—核爆炸

如前1.2中所述：當安全殼內的壓力極高時，安全殼內氫、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。必然安全殼內的壓力繼續升高水蒸氣>的溫度也繼續升高，當水蒸氣的溫度升>高到 =裂變溫度時，作用在氫鍵上的離心力 =向心力，氫鍵自然斷裂，水分子內的氫、氧原子就變成大量的氫氣和氧氣，使安全殼內的壓力再增高，當安全殼內的壓力超過安全殼壁的抗壓能力的極限時，必然引起安全殼壁的物理性爆破，爆破產生極大的沖擊波引發安全殼內的氫氣化學爆炸，繼而引發壓力容器及核反應堆的連鎖爆炸—核爆炸，其后果遠遠超過前蘇聯切爾諾貝利核電站反應堆爆炸給人們帶來的災難。幸運的是安全殼內的氣體從泄壓安全閥的氣體通道排入了廠房。降低了安全殼內的壓力，才幸免了一場重大災難。

3 水裂變生成氫氣的機理

水是氫、氧兩種元素由氫鍵連接而成的物質H-O-H。水分子呈V型結構，V型結構使水分子正負電荷向兩端集中，一端為兩個H帶正電荷，一端為O帶負電荷，所以水是極性分子。極性使分子間產生氫鍵，并有多個水分子締合nH2O=(H2O)n.氫鍵的多少和水溫的高低成反比，O℃時全部水分子由氫鍵締合在一起稱冰。水溫升高分子動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61%。水溫升到100℃分子間的氫鍵全部斷裂成為單分子的氣態水，單分子動能增大，分子旋轉運動的速率加快，分子內氫、氧原子的圓周運動速率也隨之加大，產生脫離旋轉中心的離心力也增大。若水溫繼續升高分子的旋轉速率繼續增大，分子內氫、氧原子的圓周運動也加快，產生的離心力也隨之增大。①原子作圓周運動產生的離心力。由于分子旋轉速率加大，分子內氫、氧原子的圓周運動也隨之加快，產生脫離旋轉中心的離心力也加大。②原子振動產生的離心力。由于氫、氧原子振動也產生離心力，溫度越高振動頻率和振幅越大，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。因為離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—氫、氧原子。根據能量最低原理，極高動能的氫、氧原子必然放出大量熱能變成穩定的氫、氧分子即氫氣和氧氣。

4 美科學家在實踐中也感性地認識到水裂變能生成氫氣

美科學家在研究煤清潔燃燒的過程中發現煤與蒸氣在超高溫條件下發生反應，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，我們可能會采取分裂水分子的方法來獲取氫氣，可在核反應器中高溫高壓的條件下進行”。這說明他們在科研中也發現在超高溫條件下水可以分裂變成氫氣。也說明他們的設備裝置已能把水蒸氣溫度提高到接近水裂變溫度，水分子內的氫、氧原子急速旋轉和振動，產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：“可在核反應器中高溫高壓的條件下進行”。又說明他們也認識到：只有在超高溫高壓條件下才能從水中獲取氫氣。這些均可說明他們在科研實踐中已經感性地認識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 =向心力時氫鍵自然斷裂，分子內氫、氧原子失去了氫鍵的制約，氫、氧原子就變成另兩種單質—氫氣和氧氣。

日本核電站氫氣爆炸是人們在生產實踐中遇到的，水在超高溫條件下裂變生成氫氣的第二個典例，它也從另一個角度證實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律。因為水是氫和氧元素由氫鍵結合起來的物質。氫鍵決定著水的狀態和存在，熱量又制約著氫鍵，如水溫在：①O℃時全部水分子由氫鍵締合在一起稱冰。②100℃時分子間的氫鍵全部斷裂成為單分子的氣態水稱氣化。③1000℃時水分子內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、熱量三者的關系：氫鍵可把氫、氧元素結合起來生成水，氫鍵的多少又決定著水的狀態和存在。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、轉化消長的關系。⑥我們理性地認識了水裂變，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。

[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《水裂變燃燒的機理》http://www.csnyw.cn/view.phparticleid=1456

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

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

[6]栗河川，劉君華等.《運用水裂變，開發新能源》中國論文中心www.wenlun.com，Inc.All rights reserved

[7]栗河川，劉君華等.水裂變的機理探討，中國新技術新產品雜志[J].2012(02):21-22.

[8]水和水分子結構的特異性http://www.kongfen.cn/Article/cn_bookviw.aspid=748

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