1克鈾-235完全裂變所產生的能量,相當於多少噸標準煤?

一克鈾-235大約需要數百億年才能徹底釋放其能量，因為一克鈾並不能以鏈式反應的方式產生裂變，原因是它的無法達到臨界質量，不過可以只用來計算每一克鈾釋放的能量，那麼它到底有多大呢？

一克鈾徹底裂變釋放的能量相當於2.9噸標準煤

鈾的能量是通過重元素裂變所釋放的，有比較簡便的計算經驗計算方式，或者採用每摩爾鈾-235原子的數量，再按單個原子裂變的產生的能量計算，兩種都差不多，我們可以簡單做個計算！

簡便計算

U-235裂變時質量虧損大約為0.0946%，也就是1克鈾徹底裂變後質量會減少0.0946%，這些減少的質量會被徹底轉換為能量，儘管它產生的質量變化極小，但以質量轉變為能量的計算方式是愛因斯坦的質能轉換：

E=mc

c為光速，m為質量，單位為千克，因此一克鈾-235徹底裂變所產生的能量大約是：

85,022,239,908.5J

另一個方式是按每一鈾原子裂變的能量來計算，鈾-235裂變大約能產生207MeV的能量，1克鈾235大約為0.004255摩爾，而一摩爾鈾大約是6.0221415 × 10^23個鈾原子，那麼總共有2.562 × 10^21個原子！1Mev大約為：3.312×10^-11J，那麼全部裂變產生的能量為：

84,838,950000.0J

兩者大約相差0.21%，主要是四捨五入造成的，不過經驗公式已經很精確了，畢竟這是粗略計算，算個大概也就差不多了哈！

這些能量大約相當於多少標準煤呢？1噸標準煤的熱值大約為29270MJ，那計算得約為2.9噸標準煤！大概一拖拉機不到一點（超載），所以各位可以想像一下，1克鈾-235而已，如果全面普及它將減少多少汙染排放呢？

為什麼一克鈾無法裂變，鈾的裂變過程是怎樣的？

從理論上來看，無論是多少鈾都能裂變，只要持續不斷朝它轟擊熱中子即可，但問題是能讓鈾-235裂變的熱中子源成本是很高的，用這種方式取得的裂變能源得不償失！這個難題完全可以用另一種方式來解決：鏈式反應！

這種方式的原理很簡單，即一顆鈾原子在受到熱中子轟擊後會裂變成氪-92和鋇-141，並且釋放出2-3個中子，這些多餘的中子經過減速劑減速後又能讓其它鈾原子裂變，變成自持裂變！而且還可以用中子吸收的控制棒來吸收這些多餘的中子，控制核反應堆的整體輸出能量，做到鏈式反應速度可調，那就是一個完美的核反應堆了！

不過中學課本中就有說明，原子內部的空間是非常空曠的，原子核就相當於萬人體育場中間的籃球，在幾公裡外的位置向體育場扔一個籃球，要命中這個籃球的概率幾乎等於0，那麼怎麼辦呢？既然一個體育場扔不中，那麼就用無數個體育場，扔出去總有一個會碰到的！

這些無數個原子構成的原子籃球場，每次扔一定會命中一個的總數就是裂變材料的臨界質量，簡單的說就是達到這個質量後，就比較容易產生自持裂變了！比如鈾-235的臨界質量是52千克，但很多資料中稱是15千克！其實也沒錯，那是加上了中子反射層後的臨界質量，那樣就能將飛出核材料外的中子反射回來繼續參與裂變！

核裂變除了釋放出巨大的能量外，還有令人厭惡的放射性汙染。

聽上文的介紹，核裂變是一種幾乎完美的能量，它可以裂變，只要足夠的核材料，只要啟動下就能自己裂變，還可以用控制棒改變輸出能量，一克鈾就有2.9噸標準煤，這還不夠完美嗎？從這個角度來說卻是完美無瑕，但它有兩個致命缺點！

能裂變的鈾-235很難取得

鈾在自然界的儘管比較少，但它巨大的能量促使人類挖空心思去找鈾礦，當然不僅是能源的誘惑，還有製造原子彈的需求，人類最初利用鈾能量的原動力就來自於武器！在地球上鈾礦還是不少的，鈾的分離也不難！

但天然鈾中絕大部分都是難以裂變的鈾-238，可以裂變的鈾-235大約只佔0.72%左右，而一般的輕水堆中對核燃料的要求比較高，核武器級的鈾-235要求就更高了，怎麼也得90%以上吧！但238和235是鈾的同位素，化學性質沒多少差別，所以分離非常困難！

離心機結構

但因為兩種同位素相差3個中子的質量，因此在大規模的235分離中，大都使用六氟化鈾的氣體離心分離法！這個分離方式原理很簡單，利用兩種同位素的密度差異，逐級分離濃縮，但因為兩者密度相差極小，因此離心分離需要很多級才能達到足夠的濃度，能量消耗極大，設備製造也比較困難！

離心機陣列，這裡有多少數量？又有多少沒在畫面中的？

增殖堆的出現讓鈾利用率大幅增加

在核反應堆中，會有大量的多餘中子被控制棒吸收用來控制反應堆輸出功率，這些中子就被白白浪費了，而我們知道，元素在吸收中子後會不穩定，產生β-衰變，釋放出一個電子和一個反中微子後衰變成質子，也就是變成另一種元素！

鈾-238的增值反應過程

這就是增殖堆的原理，如果將鈾-238利用起來的話，預計核燃料的消耗將在目前的規模上擴大十倍不止，人類的能源保證將達到千年甚至更久！

鈾的裂變以及產物的衰變和增殖過程

放射性汙染無法處理

核裂變之後的元素大都具有放射性，它們會繼續衰變，一直到穩定元素，而這個周期短則數天，長則萬年甚至更久，因此核反應堆中每年都有大量的裂變過（並未100%利用），輸出能量下降的核廢料需要處理，而我們人類並沒有特別好的方法，只能暫時將它們收集起來，然後集中堆放在某個深深的地下巖洞中！

1957年蘇聯東部烏拉爾山脈的深處，發生過歷史上最早，級別排名第三的「克什特姆核事故」，當時對核廢料的特性以及處理方式認識不足，一直只是將核廢料儲存在密封的鋼製容器中埋入了地下，澆上了一層薄薄的混凝土。

1957年9月29日晚，由於年久失修，冷卻系統出現故障，核廢料的放射性衰變的能量產生了大量的蒸汽，整個掩埋區發生了爆炸，幾十噸的鋼製罐子撕裂拋灑，核廢料撒得到處都是，據估計當時的能量大約相當於70-100噸TNT的當量，大量的放射性塵埃被排入大氣層！

這些放射性物質隨著大風飄散，讓車里雅賓斯克州，斯維爾德洛夫斯克州和秋明州的部分地區都暴露於放射性汙染下，影響面積達52000平方公裡，留下了一條長長的帶狀地帶！史稱東烏拉爾放射性痕跡」！

所以核能非常強大，但它的放射性汙染也和它的能量一樣一樣強大，到現在為止人類依然只能掩埋處理，沒有更好的辦法，也許我們只能寄希望於未來的核聚變！但要是沒有實現核聚變呢？人類又該怎麼辦？各位不妨留言提個建議！