1公斤铀-235能释放出多大的能量?地球上的铀,可供人类用多久?

魅力科学君 2023-12-29 19:18:46

在过去的很长一段时间里,人类使用的能量都只是化学能,直到20世纪,人类才找到比化学能更强大的能量来源——核能。所谓核能,其实就是蕴含在原子核内的能量,它们可以通过核反应释放出来,比如说现代的核电站,就是通过核裂变来获取核能。

核裂变是指较重的原子核分裂成两个或多个较轻的原子核的过程,从理论上来讲,原子序数比铁更大的元素,其原子核裂变后都会释放出能量,并且越重的原子核,就越容易发生核裂变,其释放出的能量也越高。

在地球上,人类能够找到的最重的原生元素,就是92号元素——铀,由于自然存在的铀有三种同位素,即铀-238、铀-235和铀-234,而在它们之中,铀-235的原子核是最容易发生核裂变的,因此铀-235当然也就成为了人类的理想选择。

那么,1公斤铀-235能释放出多大的能量呢?其实这是可以计算的。

简单来讲,人类使铀-235原子核发生核裂变的方法,其实就是利用高速中子对它们进行轰击,从而促使其发生裂变,测量数据表明,尽管铀-235有多种裂变途径,但在整体上来讲,其释放的能量都是差不多的,平均下来,每一个铀-235原子核在裂变之后,会释放出200MeV的能量,简单换算一下,就是3.2乘以10的-11次方焦耳。

已知1摩尔铀-235的质量为235克,其中包含的原子数量大约为6.02乘以10的23次方个(阿伏伽德罗常数),据此可以计算出,1公斤(1000克)铀-235的原子数量大约就是2.56乘以10的24次方个。

我们将这个数据与单个铀-235原子核裂变后释放的能量平均值相乘,就可以得出,在全部完成核裂变的情况下,1公斤铀-235释放出的能量约为8.2乘以10的13次方焦耳,作为对比,标准煤的热值约为每公斤29307千焦,也就是说,我们需要燃烧大约2798吨的标准煤,才能得到与之相当的能量。

由此可见,核能确实比化学能强大得多,但问题是,对于我们人类来讲,铀其实是一种不可再生的资源,它们会越用越少,那么,地球上的铀,可供人类用多久呢?我们接着看。

统计数据表明,目前地球上已探明的铀储量有700多万吨,但其中绝大部分都是铀-238,其相对丰度高达99.2742%,而铀-235的相对丰度却仅为0.7204%,如果人类只是利用铀-235的话,那按照当前的平均消耗速度,它们大概可供人类用80年左右。

那有没有什么办法可以将铀-238也利用起来呢?答案是肯定,实际上,科学家已经找到了一种被称为“快中子增殖”的技术。

这种技术的原理可以简单地描述为:我们可以将一个中子打进一个铀-238原子核之中,在此之后,这个原子核就会变得很不稳定,并很快发生β衰变,进而转变成镎-239,而镎-239也很不稳定,它很快就会继续发生β衰变,于是我们就得到了易于发生核裂变的钚-239。

需要注意的是,利用这种技术,我们还可以使钍-232转变成铀-233,后者同样也是易于发生核裂变的同位素,要知道地球上已探明的钍储量几乎与铀相当,而自然存在的钍,几乎100%都是钍-232。

所以我们可以乐观地认为,在“快中子增殖”完全成熟之后,仅仅是地球上目前已探明的铀和钍,就可供人类使用数千年的时间。当然了,这只是根据人类当前的平均消耗速度估算出的结果,而随着人类文明的持续发展,未来需要的能量也会越来越多,那地球上还有没有什么地方能够找到更多的铀呢?答案也是肯定的,那就是:海洋。

在地球的海洋中,铀主要以三碳酸铀酰络离子的形式广泛存在,根据科学家的测算,平均每升海水中的铀含量约为3.3微克,按此来估计,地球海洋中的铀储量,可以达到42.9亿吨之多。

可以想象的是,假如人类能发展出可以从海水中大规模地提取铀的技术,那在可以预见的未来里,人类都不需要担心铀会被用完的问题。

34 阅读:24556
评论列表
  • 2023-12-30 12:57

    沙田柚取代,可以吗?,砖家。

    银砖 回复:
    你先把赣南脐橙,改个名字叫赣南柚才行。一个能跑80Km,不如沙田柚正宗
    用户98xxx64 回复:
    和平柚好些[笑着哭]
  • 2024-01-07 17:12

    受控核聚变才是终极。

    榴梿鸭 回复:
    聚变。但现时为止,输入能量大于输出能量,没有可行性。
    东方猎人 回复:
    乱扯,太阳那么自然的可控核聚变不是更好?实际也开始,仅需建筑物顶、墙,荒山..沙漠划壁上铺上光伏板,足够用了!
  • 2023-12-30 19:54

    从海水当中提取轴元素,科学天才们要加紧研究,哪国成功后会获得专利权,必可称霸世界

    无心 回复:
    嚓,海水中含这么多铀,吃海鲜的小心喽,有木有富集的生物呢。
    榴梿鸭 回复:
    方法专利保护期不太久,过了保护期就行了,也就不存在侵权问题了。
  • 2024-01-02 20:10

    几千年使用产生的废料怎么处理呢?

    渡人 回复:
    好像已经有再利用技术!当然利用后的渣还是有放射性!
    剧毒 回复:
    放屁,你是意淫科电影看多了吧
  • 2024-07-14 02:16

    万恶的尽头终究是人类。不是铀

  • 2024-01-01 12:36

    增殖反应堆就是各国下一代核电站的方向。要成熟预计至少50年后,至于核聚变反应堆是未来科技,百年之后都很难普及。

    笑看天下风云 回复:
    搜一下霞浦核电,可能很快会有不亚于登月工程、航母等重大项目的新闻发布
    笑看天下风云 回复:
    中国的快堆实验堆已经运行十几年,商用应该不远了。
  • 2024-01-23 16:24

    如此开发只会破坏地球物质平衡,造成无法想象的后果

  • 2024-01-03 17:04

    我想知道,我这一生能不能看到普及的核电池[得瑟]

    书艺古法发掘整理 回复:
    淘宝早就有卖了,31亿人民币一个。
    剧毒 回复:
    核电池五十年前就有了!美国的旅行者一号行星探测器就是用核电池
  • 2024-02-12 20:13

    铀也是更多能量生成的的材料,并不是凭空生成的高能量物质

  • 2023-12-31 00:19

    小编你又胡说八道了

    qzuser 回复:
    日本人就有从海水提铀的工厂,目前产量不高
    剧毒 回复:
    漏网之鱼[哈哈笑]
  • 2024-01-09 01:31

    吹吧

    剧毒 回复:
    多读书
  • 2024-01-19 11:58

    灭霸的响指能否打的过二向箔?这二者哪个改变或毁灭宇宙空间的能量大?

    剧毒 回复:
    无聊的科幻电影
  • 2024-01-18 18:38

    你可吃下肚就知道了。[笑着哭][笑着哭][笑着哭][笑着哭][笑着哭][笑着哭]

  • 2024-01-25 19:38

    🇯🇵核污水排50年后会怎样

    布龙 回复:
    收集起来继续排放
  • 2024-02-15 17:24

    够你吃一亿年。不信自己试服下U235试试[呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑]

  • 2024-03-22 13:42

    世间万物相生相克

  • 2024-01-03 19:13

    柚子可以么?

  • 2024-03-24 23:18

    反物质才是王道!

  • 2024-07-09 20:52

    这东西和石油一样属于可再生资源,只要人类需要,地球就会源源不断的制造。

  • 2024-07-09 22:05

    上学时学的是一公斤铀产生的能量相当于240万公斤煤产生的。

  • 2024-07-14 01:57

    其实物质就是能量聚合体,无论裂变聚变,只要产生能量就有质量损失,若增加就吸收能量

  • 2024-07-13 14:33

    日本排的核污水,去提炼就好[好生气][好生气][好生气]

  • 2024-08-23 22:53

    吹牛逼不打草稿。核裂变,核聚变的原材料都可以从海水中提取。难道你提起了海水中的含量不会越来越变淡吗?越来越减少吗?到时候还不是一样的,越来越难提起?

  • 2024-01-10 21:27

    广东开发出罗柚行不行?

  • 2024-01-22 02:08

    真空零点能,是无限能源…

  • 2024-03-23 03:54

    铀是可再生的

  • 2024-07-09 21:06

    铀越多, 人类越危险 .

  • 2024-07-09 20:56

    还得是太阳能和风能与水长久

  • 2024-01-13 00:40

    花生油

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