科学|1克铀-235完全裂变所产生的能量，相当于多少吨标准煤？ |

一克铀-235大约需要数百亿年才能彻底释放其能量，因为一克铀并不能以链式反应的方式产生裂变，原因是它的无法达到临界质量，不过可以只用来计算每一克铀释放的能量，那么它到底有多大呢？

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一克铀彻底裂变释放的能量相当于2.9吨标准煤
铀的能量是通过重元素裂变所释放的，有比较简便的计算经验计算方式，或者采用每摩尔铀-235原子的数量，再按单个原子裂变的产生的能量计算，两种都差不多，我们可以简单做个计算！

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简便计算
U-235裂变时质量亏损大约为0.0946% ，也就是1克铀彻底裂变后质量会减少0.0946% ，这些减少的质量会被彻底转换为能量，尽管它产生的质量变化极小，但以质量转变为能量的计算方式是爱因斯坦的质能转换：
E=mc2
c为光速， m为质量，单位为千克，因此一克铀-235彻底裂变所产生的能量大约是：
85,022,239,908.5J
另一个方式是按每一铀原子裂变的能量来计算，铀-235裂变大约能产生207MeV的能量， 1克铀235大约为0.004255摩尔，而一摩尔铀大约是6.0221415 × 10^23个铀原子，那么总共有2.562 × 10^21个原子！1Mev大约为：3.312×10^-11J ，那么全部裂变产生的能量为：
84,838,950000.0J
两者大约相差0.21% ，主要是四舍五入造成的，不过经验公式已经很精确了，毕竟这是粗略计算，算个大概也就差不多了哈！

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这些能量大约相当于多少标准煤呢？1吨标准煤的热值大约为29270MJ ，那计算得约为2.9吨标准煤！大概一拖拉机不到一点（超载），所以各位可以想象一下， 1克铀-235而已，如果全面普及它将减少多少污染排放呢？
为什么一克铀无法裂变，铀的裂变过程是怎样的？
从理论上来看，无论是多少铀都能裂变，只要持续不断朝它轰击热中子即可，但问题是能让铀-235裂变的热中子源成本是很高的，用这种方式取得的裂变能源得不偿失！这个难题完全可以用另一种方式来解决：链式反应！

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这种方式的原理很简单，即一颗铀原子在受到热中子轰击后会裂变成氪-92和钡-141 ，并且释放出2-3个中子，这些多余的中子经过减速剂减速后又能让其它铀原子裂变，变成自持裂变！而且还可以用中子吸收的控制棒来吸收这些多余的中子，控制核反应堆的整体输出能量，做到链式反应速度可调，那就是一个完美的核反应堆了！

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不过中学课本中就有说明，原子内部的空间是非常空旷的，原子核就相当于万人体育场中间的篮球，在几公里外的位置向体育场扔一个篮球，要命中这个篮球的概率几乎等于0 ，那么怎么办呢？既然一个体育场扔不中，那么就用无数个体育场，扔出去总有一个会碰到的！

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这些无数个原子构成的原子篮球场，每次扔一定会命中一个的总数就是裂变材料的临界质量，简单的说就是达到这个质量后，就比较容易产生自持裂变了！比如铀-235的临界质量是52千克，但很多资料中称是15千克！其实也没错，那是加上了中子反射层后的临界质量，那样就能将飞出核材料外的中子反射回来继续参与裂变！

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【科学|1克铀-235完全裂变所产生的能量，相当于多少吨标准煤？】

核裂变除了释放出巨大的能量外，还有令人厌恶的放射性污染。
听上文的介绍，核裂变是一种几乎完美的能量，它可以裂变，只要足够的核材料，只要启动下就能自己裂变，还可以用控制棒改变输出能量，一克铀就有2.9吨标准煤，这还不够完美吗？从这个角度来说却是完美无瑕，但它有两个致命缺点！

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能裂变的铀-235很难取得
铀在自然界的尽管比较少，但它巨大的能量促使人类挖空心思去找铀矿，当然不仅是能源的诱惑，还有制造原子弹的需求，人类最初利用铀能量的原动力就来自于武器！在地球上铀矿还是不少的，铀的分离也不难！

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但天然铀中绝大部分都是难以裂变的铀-238 ，可以裂变的铀-235大约只占0.72%左右，而一般的轻水堆中对核燃料的要求比较高，核武器级的铀-235要求就更高了，怎么也得90%以上吧！但238和235是铀的同位素，化学性质没多少差别，所以分离非常困难！

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离心机结构
但因为两种同位素相差3个中子的质量，因此在大规模的235分离中，大都使用六氟化铀的气体离心分离法！这个分离方式原理很简单，利用两种同位素的密度差异，逐级分离浓缩，但因为两者密度相差极小，因此离心分离需要很多级才能达到足够的浓度，能量消耗极大，设备制造也比较困难！

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离心机阵列，这里有多少数量？又有多少没在画面中的？
增殖堆的出现让铀利用率大幅增加
在核反应堆中，会有大量的多余中子被控制棒吸收用来控制反应堆输出功率，这些中子就被白白浪费了，而我们知道，元素在吸收中子后会不稳定，产生β-衰变，释放出一个电子和一个反中微子后衰变成质子，也就是变成另一种元素！

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铀-238的增值反应过程
这就是增殖堆的原理，如果将铀-238利用起来的话，预计核燃料的消耗将在目前的规模上扩大十倍不止，人类的能源保证将达到千年甚至更久！

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铀的裂变以及产物的衰变和增殖过程
放射性污染无法处理
核裂变之后的元素大都具有放射性，它们会继续衰变，一直到稳定元素，而这个周期短则数天，长则万年甚至更久，因此核反应堆中每年都有大量的裂变过（并未100%利用），输出能量下降的核废料需要处理，而我们人类并没有特别好的方法，只能暂时将它们收集起来，然后集中堆放在某个深深的地下岩洞中！

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1957年苏联东部乌拉尔山脉的深处，发生过历史上最早，级别排名第三的“克什特姆核事故” ，当时对核废料的特性以及处理方式认识不足，一直只是将核废料储存在密封的钢制容器中埋入了地下，浇上了一层薄薄的混凝土。

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1957年9月29日晚，由于年久失修，冷却系统出现故障，核废料的放射性衰变的能量产生了大量的蒸汽，整个掩埋区发生了爆炸，几十吨的钢制罐子撕裂抛洒，核废料撒得到处都是，据估计当时的能量大约相当于70-100吨TNT的当量，大量的放射性尘埃被排入大气层！

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这些放射性物质随着大风飘散，让车里雅宾斯克州，斯维尔德洛夫斯克州和秋明州的部分地区都暴露于放射性污染下，影响面积达52000平方公里，留下了一条长长的带状地带！史称东乌拉尔放射性痕迹”！

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所以核能非常强大，但它的放射性污染也和它的能量一样一样强大，到现在为止人类依然只能掩埋处理，没有更好的办法，也许我们只能寄希望于未来的核聚变！但要是没有实现核聚变呢？人类又该怎么办？各位不妨留言提个建议！

科学|1克铀-235完全裂变所产生的能量，相当于多少吨标准煤？

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