1945年,美国在日本广岛投下了一颗代号为“原子弹”“小男孩”。,其中包含64 千克铀-235
但事实上,不到1公斤的铀-235在这个过程中参与了裂变反应,释放出约63TJ的能量,但仍然直接或间接地造成了超过10万人死亡。
问题是,一公斤铀-235完全反应后能释放多少能量? 核能是人类现有能源体系的重要组成部分,也是当今地球上的铀元素人类可以使用多少年?
首先,让我们了解铀的裂变反应是什么。
所谓裂变反应,是指从重原子核中形成若干个较小的原子,在此过程中会产生大量的能量,从而产生核反应。
你怎么能把一个重原子裂变成多个小原子? 在核电站的反应堆中,通常利用热中子轰击铀-235原子,然后产生 2 到 4 个中子,这些中子反过来轰击其他铀 235 原子,然后循环重复,形成链式反应。
这就像一颗弹珠轰炸另一颗,后者是两颗,然后互相轰击,依此类推。
但这种反应不是无限的,一路走来产生元素铁,反应基本结束。
当然,核反应堆中的铀-235和原子弹是不一样的,主要体现在浓度上
核反应堆中的铀-235浓度通常较低,而且这种链式反应更加稳定,并且在人类控制范围内。
然而,有很多东西需要用来控制核反应堆的稳定性。
原子弹中的铀-235浓度必须在90以上,这意味着一旦发生连锁反应,它将非常迅速和爆炸。
这也是为什么原子弹会在**之后瞬间爆炸的原因产生高温和强光这是中子在连续轰击过程中产生的能量。
需要注意的是,虽然低浓度的铀-235不能用于制造核**,但没有严格的国际贸易限制。
但离心机可以将低浓度的铀-235转化为高浓度,因此禁止离心机流通。
一般来说,在完全裂变的情况下,1公斤铀-235将产生大约20,000 MWh 能源,相当于燃烧2700吨煤时释放的能量。
你可能不知道这一点,但如果你转换它,一兆瓦时几乎等于这一点1000 千瓦时,20,000 MWh 相当于20000000千瓦时。
2022年,四川人民一天用电量约 34亿千瓦时,相当于34亿千瓦时,近17公斤铀-235可以满足四川一天的用电量。
当然,这只是理想的,如果用一公斤铀-235发电,它会在这个过程中伴随着它大量能量损失
冷却反应堆和在发电过程中做功的过程伴随着能量损失。
目前,绝大多数核电站仍采用发电方式“烧开水”。当铀-235产生裂变反应时,会产生热能,热能将水加热沸腾产生蒸汽,然后用于发电。
比如中国的华龙一号核电站就是“沸水核电站”,和我们用煤烧锅炉没什么区别。
还华龙一号有许多进步,包括具有多个燃料组件的反应堆堆芯、多个安全系统等。
不仅核电站烧水,大家津津乐道的核动力航空母舰也是一样的道理。
所以,别看核动力航母那么高,本质上和蒸汽动力航母没什么区别。
从另一个角度来看,铀-235作为新能源的潜在价值也是非常巨大的。
从环保从这个角度来看,一公斤铀-235就是2700吨煤,而后续燃烧对环境的污染是非常严重的,前者在人工处理的情况下,环境污染肯定不如2000吨煤。
同时,铀-235的能量转换效率也非常高,可以在短时间内满足人们的爆炸性能量需求。
核电站与水电、风电等能源相结合,基本可以满足我国14亿人口的生产生活需求。
像这样人类“又爱又恨”的放射性物质,在地球上的数量是有限的。
通常是为了:银灰色金属形式,但这是人类加工提纯的产物,在自然界中,通常含有铀矿石等矿产资源,需要进一步提纯和加工才能获得。
我国是铀-235储量大国,2023年将在蒙古国发现多座超大型铀矿,总储量规模达10万吨,对我国意义重大。
据相关数据统计,目前人类铀资源储量约为371.30,000吨,其中大部分被澳大利亚等国家占据,这些国家在世界各地分布不均。
随着人类建造的核电站数量的不断增加,人类对铀-235的消费量也在增长从这个趋势来看,也许到21世纪末,铀-235资源已经枯竭。
然而,在现实中,铀资源的枯竭可能更早发生产量在2016年达到顶峰,此后一直在下降。
这也意味着铀资源正在减少,如果人类无法在未来发现新的隐藏铀矿床,它们很有可能过早枯竭。
因此,我们不得不担心,当铀-235在未来不能再用于发电时,如何填补人类能源的缺口。
别担心,除了裂变反应能够产生能量外,聚变反应也是可能的,人类也是研究受控聚变反应,俗称“人造太阳”。
据信,在铀资源枯竭之前,可控核聚变将得到广泛应用。
优质作者名单
引用:
1]陈志岳.1公斤铀-235释放的热量相当于2700吨煤释放的热量,如何利用核能发电CNKI,2004