标准煤的热值为(1公斤的铀235裂变后能释放多少能量？地球上的铀够人类使用多久？)

Posted 2023-05-29

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标准煤的热值为(1公斤的铀235裂变后能释放多少能量？地球上的铀够人类使用多久？)

早在100万多年以前，人类就开始使用火，在此之后，火释放出的能量一直是人类重要的能量来源。直到最近的100多年时间里，人类才发现比火强大得多的能量——核能，时至今日，人类已经初步掌握了可控核裂变的技术。

简单来讲，这种技术就是将重原子核“掰开”，而重原子核在被“掰开”之后，会因为质量损失而释放出能量，人类再利用这些能量来发电。因为在自然界中最容易被“掰开”的是铀235的原子核，所以铀235就理所当然地成为了应用最多的核燃料了。

1公斤的铀235裂变后能释放多少能量？

铀235的原子核小得离谱（数量级为10^-14米），人类不可能真的去“掰开”它，所以人类采用了一种巧妙的方法，那就是利用高速的中子去轰击原子核，从而使它发生裂变。

上图为铀235的5种裂变方式，每种裂变方式释放出的能量都差不多，平均值约为200MeV，1MeV对应1.6 x 10^-13焦耳的能量，也就是说，每一个235的原子核裂变之后，都会释放出3.2 x 10^-11焦耳的能量。

已知1摩尔的铀235含有6.02 x 10^23个原子，其质量为235克，由此可知，1克铀235含有大约2.56 x 10^21个原子，所以1公斤的铀235就含有2.56 x 10^24个原子，将这个数字与单个235的原子核裂变之后释放的能量相乘，我们就可以得出，1公斤的铀235裂变后会释放出8.2 x 10^13焦耳的能量。

这是什么概念呢？这样说吧，1公斤的标准煤的热值29307千焦，以此为参照物的话，那么1公斤的铀235裂变后所释放出的能量，就与燃烧2798吨标准煤释放的能量相当，由此可见核能有多么强大，这也难怪人类对核能如此“情有独钟”。

那么地球上的铀够人类使用多久呢？

地球上的铀不可再生的，用一点就少一点，就笔者收集到的数据来看，全世界已探明的铀大概是700多万吨，其中铀235的占比约为0.7%，如果按照目前人类的平均使用量来计算，那么这些铀矿中的铀235只够支持人类使用80年左右，

这明显不够用啊，所以人类又对铀238打起了主意（铀238的占比约为99.3%），提出了“快中子增殖反应堆”技术，简单来讲，这种技术就是将一个中子打进铀238的原子核，然后铀238就会变成容易发生核裂变的钚239，这样就可以用于后续的核能发电了。

根据科学家的估算，在“快中子增殖反应堆”技术成熟之后，人类对铀的使用率可以提高50倍，据此我们可以乐观地估计，地球上已探明的铀足够人类使用4000年左右，当然了，如果加上未探明的铀，这个时间还应该再长一些。

以上所述只是地球陆地上的情况，实际上，在地球海洋中的铀储量更加可观，测量数据显示，平均每升海水中就含有3.3微克的铀（主要以三碳酸铀酰络离子的形式存在于海水中），其总量高达42.9亿吨。

可以想象的是，假如人类在未来能够掌握从海水中大量提取铀的方法，地球上的铀就足够人类使用好几万年，甚至好几十万年。

然而这只是基于人类现在对核能的使用情况上来计算的，随着人类文明的发展，人类未来对能量的使用量也会大幅提高，按照“卡尔达肖夫文明指数”的标准，人类现在只是0.73级文明，而想要进入一级文明，人类的功率就必须在现有基础上提高500倍，而想要达到二级文明，更是要在此基础再提高100亿倍之多。

所以从人类文明发展的角度来看，地球上的铀是远远不够的，正因为如此，我们才期待着更高阶的核能——可控核聚变。

与核裂变相比，核聚变的质能转换率提高了大约518.5%，并且核聚变所需要的燃料是氢，而氢是宇宙中丰度第一的元素，占据了宇宙质量的73.9%（这里的质量单指普通物质，不含暗能量和暗物质），对于人类而言，氢元素几乎可以说是取之不尽，用之不竭。

实际上，人类对这方面的研究一直在进行之中，虽然目前我们只能用氘和氚（氢的同位素）来短暂地实现可控核聚变，但可以预期的是，在不太遥远的未来，人类最终会完全掌握这一技术，而到了那一天，人类文明的发展进程必将出现前所未有的飞跃，让我们一起期待吧。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见`

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