鈾是人類熟知的一種放射性金屬元素,歷史上的鈾可是人類制造核武器的“主角”。
不過除了制造核武器,鈾還有一種“文藝”用途,那就是核能的原料。
鈾通過一系列的核反應最終被轉化為燃料簇,而這其中的關鍵就是一種特殊的鈾同位素,那就是鈾-235。
這種同位素在核能領域可以說是功不可沒,那么作為核能領域的“關鍵燃料”鈾-235的能量究竟有多大呢?
1公斤的鈾-235可以釋放出多少能量?
同時,地球目前可使用的鈾資源能夠供給我們使用多久?
鈾-235的能量密度是多少?
鈾置換放射性礦物被人們發現的時候,人們起初只是覺得蓄積了一定的能量,之后又細心的研究后發現,其中可能蘊含著某種能源,于是通過人工研究,終于被人類發現這其中蘊含著一種恐怖的能源——核能。
核能的燃燒跟我們平時使用的煤炭、石油、天然氣的燃燒原理不同,它的起源源于鈾核的破裂,通過先使一個鈾核破裂,再通過破裂的鈾核引發另一個鈾核破裂,如此循環下去,就可以實現自身核鏈式反應,從而釋放出足夠的能量。
鈾-235是目前使用效果最好的裂變燃料,但同時具備的能量密度極高,相當于是在1公斤的鈾-235被用于核裂變后,可以釋放出約810000億焦耳的能量。
通常我們將這種能源換算成標準煤的單位,這樣更容易描述人們能夠理解。
那么810000億焦耳的能量相當于2700噸標準煤燃燒所產生的能量。
那么鈾-235的能量密度相比于常見的化石能源來說,能量密度高了多少呢?
如果以煤炭作為能源的話,1公斤煤炭的能量相當于6千焦耳,可以供90W的電力持續供電18小時。
但是如果換成鈾-235的話,1公斤鈾-235可供18000瓦的電力持續供電持續6年!
可見,鈾-235所蘊含的能量密度是化石能源的上千倍,可見它的能量密度是多么的大。
地球上的鈾資源可以供我們用多久?
盡管鈾-235能夠釋放出如此之大的能量,但人們不能忽視的一點就是,雖然在自然界中存在豐富的鈾礦,但其中能夠用于核裂變的鈾-235的比例非常小。
鈾有三種主要的同位素,分別是鈾-238、鈾-235和鈾-234,其中鈾-238占的比例最大達到了99.27%,而鈾-235占的比例最小僅僅0.72%,所以為了從鈾礦中提取出足夠量的鈾-235,我們必須開始一系列的精煉操作,將鈾-235從原礦中提取出來。
地球上的鈾儲量約為700多萬噸,根據如今的能源消耗情況,如果全世界都使用核能作為主要的能源來源,那么全球的電力需求可以有90%左右來自核能,全球使用核能作為主要的能源來源的時間可以達到85年。
但實際上全球如今使用核能作為能源生產主體的比例只有10%左右,所以如果繼續這種節約的方式發展,那么地球的鈾儲量可以支撐千百年,甚至幾千年之久。
然而為了充分利用鈾資源,科研人員不斷總結經驗,利用釷-232與中子進行反應,再轉變為钚-239,這樣就能夠將鈾-238迅速轉變為易裂變的钚-239,從而更有效利用地球上的鈾資源。
但這種方法也需要將鈾礦石進行深加工,加工量雖然比較大,但是適用范圍非常有限,所以如果能夠將鈾礦石進行不加工的使用,那么蘊藏的能量將更為巨大,可以使人類使用更久。
除此之外,海水中也蘊藏著大量的鈾資源,但是目前開發利用海水中的鈾還不太成熟,主要是提取工藝成本較高,不能有效益的實現提取的效果,但是隨著現代工業技術的不斷進步,有望產生更為高效的提取技術。
海水中的鈾資源是非常豐富的,僅是大西洋就蘊含著2400萬噸的鈾資源,這些資源足以支持人類使用了1700年左右的時間,所以只要我們能夠有效開采利用海水中的鈾資源,那么人類可以將核能當成一種永續的能源來源。
結語 鈾-235的能量到底有多大?
很多人可能覺得自然界中蘊含著巨大的能源,充分利用就能夠解決我們的能源問題,那么為什么我們目前還不大力去發展核能呢?
核能無疑可以解決世界范圍內的能源問題,而且還可以減少化石能源的使用,從而減緩溫室效應對環境的惡劣影響,而核能最大的缺點就是核廢料和核泄漏。
核電站的重要物質被破壞所造成的傷害不可承受之重,核廢料的問題就更頭疼了,為了安全起見,核廢料需要密封存儲幾十年乃至上百年,難道人類將會永遠的將這些核廢料密封存儲下去?
一旦核廢料發生泄露,對人類和環境造成的影響將是毀滅性的,因此核能需要解決的問題還有很多,才能穩步而持續的向前發展。
在可再生能源研究發展的同時,核能也應當被更多的人接受和使用,隨著技術的不斷進步,未來人類將迎來一個全新的能源時代。