裂变 1公斤铀235裂变后能释放多少能量?地球上的铀够人类使用多久?( 二 )


假如把这些能量换算成其他物质产生的能量 , 例如我们最常见的化石能源——煤炭 , 一公斤铀裂变产生的全部能量大概相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量 , 从这可以看出 , 铀是一个高能物质 , 而铀裂变产生的核能也是我们当今世界的清洁能源之一 , 因此我们对于铀是有着需求的 。
既然铀235有着这么强大的核能储备 , 我们现在对它进行大规模开采了吗?而地球上又有着多少铀可供我们开采?
我们从上文中知道只有铀235才可以进行核裂变进而产生我们所需要的核能 , 但是铀235的获取难度大吗 , 铀矿都集中分布在哪?关于铀储量我们有着许许多多的问题 。
地球上的铀可供使用的时间
地球上的资源分为两大类 , 一类是可再生资源 , 指在一段时间内取之不尽用之不竭的能源 , 但也不是可以随便取用的 , 要有节制的使用 , 例如 , 风能、水能、太阳能、地热能等;
另一类是不可再生资源 , 指我们在开发利用之后 , 在很长一段时间内都不会再生的自然资源 , 例如 , 煤炭石油等化石能源、金银铁铜等矿石资源 , 还有土壤也属于不可再生资源 , 而我们今天谈到的铀就属于不可再生资源中的矿石资源 。
属于不可再生资源的铀 , 我们要更加谨慎使用 , 因为它是不可再生的 , 所以用一点就少一点 。
根据目前的资料来看 , 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 。
虽然我们有可能在后续的发展中 , 陆续地找到其他的铀矿 , 但很显然除非我们后续发现的铀矿是特大型且铀235含量很高 , 否则仅仅是地球上发现的铀矿中的这些铀235是远远不够用的 。
况且 , 随着我们科技的发展 , 对于能源的需求量也逐日递增 , 80年仅仅只是一个以最低能源使用强度计算来的最大数值 。
但我们上述数据中计算铀储量时 , 忽视另一块广袤的地区——海洋 。 在海洋中存在这多种元素 , 但都存在在海水之中 , 铀也不例外 。
虽然海水中铀的浓度很低 , 仅有十亿分之三至十亿分之四 , 但是由于海水本身的体积大 , 科学家们估计海水中总共铀含量约有40亿吨 , 是陆地含量的五百多倍 。
但也因为海水中铀浓度很低 , 导致我们想要从海水中提炼出铀的难度很大 , 截止到目前为止 , 还没有一个国家成功实现具有成本效益的海水提铀的方法 。
虽然我国早在1970年就通过海水提铀 , 提取了30克的铀 , 成为了首个通过海水提取到铀的国家 , 但是对于将海水提铀变为一个有商业可行性的措施仍没有较好的解决办法 。
不过虽然现在还没有方法去解决这个问题 , 但就看最近国际上在这方面的取得的种种突破 , 我们能够相信在未来也一定有解决这个问题的办法 。
除了这个方法之外 , 就目前来说还有一个具有可行性的办法可以提高铀235在地球上的储量 。
铀238 的蜕变——快中子增殖反应堆
铀238在人们所探明的铀矿中 , 占了99.275% , 几乎探明的所有铀矿都是它 。 因此 , 科学家们想到了利用铀238来产生可发生裂变的铀235或钚-239 , 因此就形成了快中子增殖反应堆技术 。
快中子增殖反应堆是一种以快中子引起易裂变核铀-235或钚-239等裂变链式反应的堆型 。
利用的是将一个中子打入铀238中 , 使铀238变成可发生裂变的钚239 , 在链式反应中不断地提供发生裂变的原料 。 并且值得一提的是 , 在运行过程中 , 铀235和钚239的消耗速度要小于钚239的生成速度 , 实现了产大于耗 , 在这个反应堆中 , 原料越变越多 , 因此这个反应堆就叫做增殖反应堆 。
相比于海水提铀 , 这个反应堆更容易实现 , 并且与其他反应堆型相比 , 它更加符合现实的需求 , 更广泛的在世界各处推行 。
截止到目前 , 全世界共有快中子增殖反应堆21座 , 提供的用来照明、发电的能源更是不计其数 。
但它也有着不可忽视的缺点 , 由于在反应过程中产生的是可制作核武器的钚239 , 因此一旦反应堆发生泄露 , 就会产生非常大的危害 , 有着较大的安全风险 。
而说到核裂变就想起了名字相似的核聚变 , 核聚变产生的能量要比核裂变更多 , 为什么我们至今用的是核裂变供能而非核聚变呢?
与核裂变“一母同胞”的核聚变
核聚变 , 核是指由质量小的原子 , 主要是指氘 , 只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚 , 让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起 , 发生原子核互相聚合作用 , 生成新的质量更重的原子核(如氦) , 在这个碰撞过程中 , 大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放 。

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