公斤铀

1945年,美国向日本广岛投下一枚原子弹,它的代号名为“小男孩”,当中装有64公斤铀-235。

但实际上,在爆炸的过程当中,仅有不到1公斤的铀-235参与了裂变反应,释放出的能量大约为63TJ,但仍旧直接或者间接性地造成了10多万人死亡。

问题来了,一公斤铀-235完全反应之后,究竟能够释放出多大的能量?在人类现有的能源体系当中,核能占据重要组成部分,如今地球上的铀元素,又能供给人类使用多少年?

核裂变是咋回事

首先我们来了解一下铀元素的裂变反应究竟是怎样的。

【裂变反应原理】

所谓裂变反应指的是由重的原子核分裂成多个较小的原子,在过程当中会产生大量的能量,从而产生核反应。

怎么才能让重原子裂变为多个小原子呢?在核电站的反应堆当中,通常会使用热中子去轰击铀-235的原子,然后产生2到4个中子,中子再去轰击其他铀-235原子,然后循环往复,形成链式反应。

这就好比一颗弹珠轰击另一颗弹珠,后者分裂为两颗,然后互相轰击,不断进行下去。

但这种反应不是无限制的,一直到产生铁元素,反应基本结束。

当然,核反应堆和原子弹中的铀-235是不一样的,主要体现在浓度方面。

核反应堆中的铀-235浓度普遍较低,这种链式反应相对来说就要稳定许多,在人类的可控制范围之内。

尽管如此,我们也需要采用诸多手段去控制核反应堆的稳定性。

原子弹当中的铀-235浓度必须在90%以上,这也意味着其一旦发生链式反应,将是非常迅速的,且爆发力十足。

【可怕的原子弹】

这也是为什么原子弹在爆炸之后,会瞬间产生高温和强烈的光,这都是中子在不断轰击的过程当中产生的能量。

需要注意的是,虽然低浓度的铀-235不能用于制造核武器,在国际上也没有严格的交易限制。

但是离心机可以将低浓度铀-235转化为高浓度,因此离心机是被禁止流传的。

能量庞大

一般来说,1公斤铀-235在全部裂变的情况下,会产生大约20000兆瓦小时的能量,相当于2700吨煤炭燃烧时释放的能量。

【核反应堆】

这么说大家可能没有概念,再转化一下,一兆瓦时差不多等于1000度电,20000万兆瓦时相当于20000000度电。

2022年,四川人民一天的用电量约为3.4亿千瓦时,相当于3.4亿度电,差不多17公斤的铀-235,就能满足四川一天的用电量。

当然,这仅仅是理想情况,如果将一公斤铀-235用于发电,在过程当中会伴随着大量的能量损耗。

包括冷却反应堆,以及在发电过程当中做功的过程,都会伴随着能量的损失。

目前绝大部分核电站的发电模式采用的还是“烧开水”的模式,当铀-235产生裂变反应之后产生热能,热能将水加热沸腾产生蒸汽,然后用于发电。

比如说,中国华龙一号核电站就是一座“开水核电站”,本质上和当初咱们用煤炭烧锅炉没啥区别。

不过,华龙一号的先进之处有很多,包括采用了多个燃料组件的反应堆堆芯、多种安全保障系统等等。

不仅核电站在烧开水,还有大家津津乐道的核动力航母,也是同样的原理。

【华龙一号核电站】

所以,大家别看核动力航母如此高大上,本质上和蒸汽动力航母没啥区别。

从另一角度来看,铀-235作为一种新型能源,它拥有的潜在价值也是非常庞大的。

从生态环保方面来看,一公斤铀-235就顶2700吨煤炭,而后续燃烧之后对环境的污染十分严重,前者在人为处理得当的情况下,对环境的污染肯定是比不上2000吨煤炭的。

核电站再配合水力、风力以及其他能源发电的情况下,基本满足中国14亿人口的生产生活需要。

铀-235还能用多久

像这样一种令人类“又爱又恨”的放射性物质,在地球上的储量是有限的。

通常它是以银灰色的金属形式出现,但这是经过人类加工提纯之后的产物,在自然界中,通常会蕴藏在铀矿等矿产资源当中,需要进一步进行提纯加工才能得到。

中国就是一个铀-235储量大国,在2023年的时候,我国内蒙古地区就发现了一批超大型的铀矿,总体储量规模属于10万吨级别,对于我国来说意义重大。

相关资料数据统计推断,人类目前拥有的铀资源储量大约为371.3万吨,其中大部分被澳大利亚等国家占据,在世界范围内分布不均。

随着人类核电站建造数量的不断增加,人类对于铀-235的消耗也在增长,按这个趋势来看,也许到21世纪末期,铀-235资源就已经枯竭了。

这也意味着,铀资源在走下坡路,如果人类在未来无法发现新的隐藏铀矿的话,很有可能会过早枯竭。

所以我们不得不担心这样一个问题,未来当铀-235不再能够用于发电的时候,人类在能源上的空缺怎样才能补足呢?

别担心,除了裂变反应能够产生能量之外,聚变反应也是可以的,而人类正在研究可控聚变反应,俗称“人造太阳”。

THE END
0.在研发核武器和反应堆的过程中发生的临界事故有多危险?自从1945年以来,至少发生过60起临界事故,导致了至少21起死亡,其中美国8人,前苏联10人,日本2人,阿根廷1人,南斯拉夫1人。其中9起事故的原因是操作失误,其他的属于实验反应堆事故。 在研发核武器和反应堆的过程中都发生过临界事故。 1945年6月4日,洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家约翰·比斯莱(John Bistline)正在进jvzquC41okr/uxmw0eun1j46;;?55?93a6644=;
1.全新视界探索无限反应发电机:可以利用通用反应粉和核燃料反应进行发电,左侧添加核燃料,每个铀或者钍增加2%的燃料,每个氧化铀或者氧化钍增加3%的燃料。右侧添加通用反应粉,每个反应粉可以添加10%。每消耗1%的燃料和反应粉可以持续反应25秒产能10万RF(200RF/t) 耗材几乎相当于一个小型反应堆,但是效率非常低下,不推荐使用。 jvzquC41oe428<3eqo5n1x|s1mtls4423?159:14;785h=238<10qyon
2.铀,其他图文简介铀独特的核子特性有很大的实用价值。铀-235是唯一自发裂变的同位素。铀-238在快速中子撞击下能够裂变,属于增殖性材料,即能在核反应堆中经核嬗变成为可裂变的 铀相关文献 段蕴铀 段蕴铀,教授,主任医师,军事医学科学院博士生导师,第二军医大学博士生导师,从事呼吸系统疾病研究和临床近30年,享受国务院政府特殊津贴。jvzquC41yy}/|~uw0et0erykcq5589890jznn
3.重水是什么水重水可以用来干什么→MAIGOO知识轻水亦可以作减速剂,但因为轻水会吸收中子,因此轻水式反应堆必须使用浓缩铀,而不能使用普通铀,否则将不能达到临界质量。重水反应堆不单可以使用普通铀,而且会把铀-238转化成为可制作核弹的钚。印度、巴基斯坦、以色列、北朝鲜都是以这样方法制造核燃料。为了防止核子武器扩散,重水的生产和出售在很多国家都受到限制。jvzquC41o0sbkptq0eun1ptqoco04==4:64ivvq
4.观天象|化学老师都要撕卷子!英国声称向乌提供贫铀弹与核武器完全英国国防部坚称,贫铀弹的辐射风险很低,并声称“贫铀是一种标准成分,与核武器完全无关”,气得化学老师都要撕卷子。据美国“全球安全”网站介绍,在天然铀中,可用于制造核武器与核反应堆的是含量极低的铀235。在铀235被提取后,剩下的铀材料就被称为“贫铀”。 jvzq<84pgyy/jww0ep5elw4ctvodnn4313<4:@;;58678B697:6:
5.天然裂变反应堆——奥克洛现象“典克洛”反应堆的发现 铀矿的主要成分是铀 - 238(其半衰期为45.1亿年)和铀 - 235(其半衰期较短,为7.1亿年),因此铀 - 235的丰度随着年代的倒转而增大(见表中所列数据)。 对大多数原子能发电站的反应堆来说,可将普通的水作为中子减速剂,铀-235的比例得以自动增大,大约在18亿年之前,天然铀的同位素成分是jvzquC41yqxmf|hkgpif0ls1e17:;9226/861?88976/uqyon