铀,从武器到核燃料

2023/11/22 14:05:02 作者:云霄

铀的能量

1945年,人类历史上首颗被运用在战争中的原子弹在日本广岛的空中爆炸,其威力给所有人都留下了深刻的印象。而它的威力之所以如此恐怖,全都仰仗于其中装着的铀235。

铀本身是一种银灰色的金属,化学符号写作U,原子序数为92,这种元素有微放射性。其同位素有很多,不同同位素的能量和半衰期也有所差异。总的来说铀的同位素都不太稳定,尤其是铀238和铀235。

之所以采用铀235来做原子弹的原材料,是因为它是铀三种天然同位素当中,唯一能发生核分裂,最终引发连锁核裂变反应的。别看铀235的原子不大,但是转化出来的能量却相当惊人。人们会使用中子去撞击铀的原子核,然后使其发生裂变。当某个铀原子核被撞裂以后,就能成为两个新的原子核时,从而产生能量和中子。在这种情况下,中子会继续撞击其他的铀原子,形成“链式反应”,最终释放出巨大的能量。根据相关公式来看,1公斤铀235大概能释放出8.2×10^13焦耳的能量,相当于2700吨煤炭燃烧时释放的能量。

铀

铀的利用

比起用来制造大规模杀伤性武器,将铀用来供给能量显然更有利于人类的福祉。人们开始建造裂变反应堆,来控制链式反应,用核裂变释放出来的能量来造福人类。截至目前,世界上已经有多个国家拥有核电站,全球核电运行机组总数已经轻松超过了440台,在美国、日本和一些欧洲国家分布的最为广泛。

但铀是一种不可再生资源,分布于海水和地壳当中,在地壳当中尤为分散。这就意味着它在地壳中的丰度虽然能达到2.3×10-4%,但是依旧十分的珍贵,毕竟提取实在是太困难了。根据人们的调查来看,全球铀资源主要是以砂岩型、铁氧化物型、侵入岩型等为主。在这之中,砂岩型铀矿是美国、中亚、东亚等的主要来源,规模很大,开采成本也比较低。其他类型的铀资源,规模虽然也大,但是常常与其他的金属伴生,像铜、金之类的。

从目前核电站数量的不断增加,人们对核能日趋重视的状况来看,剩下的铀资源仅能供人类再使用80年左右。这意味着,到本世纪末,铀资源就已经枯竭了,如果到底时候人类还没有找到替代品的话,可能会陷入核能资源的困境。

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