日本核电站的氢气是哪来的？到底是锆氧化产生的还是本身就存在于反应堆中作为冷却剂？

Question

如题所述

Answer 1

反应堆内的氢气有两个来源

第一，反应堆第一回路的冷却水中本来就添加了氢气。这是因为冷却水中总是含有溶解的氧，并且在辐射作用下水还会分解产生游离氧，这些氧会对设备造成严重腐蚀。所以必须在冷却水中添加氢气来除氧。在反应堆内的高温条件下，加入的氢气会跟氧结合生成水，从而控制了冷却水中氧的浓度，大幅减轻对设备的危害。这种氢气的量不多，而且也不会压力大到从冷却回路中跑出来。但是厂房中储存氢气的罐子是有可能在地震中损坏泄露的，所以当福岛电站第一次发生氢爆时有些报导说可能是冷却用的氢气爆炸，指的就是这类氢气。
参考： http://npsrchdlzz.hrbeu.edu.cn/jxkj/MNPP-C02-L05.files/frame.htm

第二，锆水反应产生氢气。在冷却系统失效的时候，反应堆内温度异常升高，达到约1300K时，包裹燃料棒的锆金属壳就会跟高温水蒸气发生锆水反应，生成氧化锆和氢气。这是一个放热反应，危害很大，可能导致锆金属壳熔融，核燃料外露。而且此反应十分剧烈，产生大量氢气，很容易超过反应堆压力容器的承受能力而导致氢气外泄到厂房中，一旦厂房内氢气浓度超过4%，就会发生氢爆，可能损毁安全壳。福岛事故后续的事态发展证明，几次氢爆的主要原因就是锆水反应产生的氢气外泄，而不是冷却用氢气泄露。
参考：www.aest.org.cn/qikan/manage/wenzhang/2010-03-09.pdf

Answer 2

是锆氧化产生的

Answer 3

氢气是由水热解的。在福岛核电站冷却系统失效以后，冷却循环停止了，燃料棒所在的安全壳内水位下降，导致一部分燃料棒露出水面，同时安全壳内出现了一个空腔，给热解的氢气和氧气提供了空间，而导热的水因为没有得到及时冷却吸收了太多的热和辐射分解为氧气和氢气。
其实是因为过高的温度和辐射导致水的共价键断裂，使得氢原子和氧原子变成游离状态，这些游离的原子结合成氢分子和氧分子。这是因为温度和辐射过高超过了化学键的限度导致，并不是水特有的性质。