1公斤鈾-235釋放出的能量有多大？地球上的鈾，人類還能用多久？

我們?nèi)粘Ｊ褂玫哪芰浚泻芏嗍嵌紒碜曰瘜W(xué)反應(yīng)，也就是所謂的化學(xué)能，從微觀角度來看，化學(xué)能只涉及到原子的外層電子，然而在原子內(nèi)部的原子核中，其實(shí)還蘊(yùn)藏著比化學(xué)能強(qiáng)大得多的能量——核能。

從理論上來講，核聚變和核裂變都可以釋放出大量的核能，雖然人類目前還不能對核聚變釋放出的核能進(jìn)行有效地控制，但在核裂變領(lǐng)域，人類也已經(jīng)可以算是小有成就了。

就目前的情況來看，世界各地已建成數(shù)百座以核裂變?yōu)榛A(chǔ)的核電站，而這些核電站主要使用鈾-235來作為核燃料。

那1公斤鈾-235釋放出的能量有多大呢？我們可以來算一下。

簡單來講，讓鈾-235原子核發(fā)生裂變，通常是用中子轟擊它們，使其分裂成兩個較輕的“碎片”，在此過程中，參與反應(yīng)的極少一部分質(zhì)量會以能量的形式釋放出來。

根據(jù)已知的測量數(shù)據(jù)，雖然鈾-235有多種不同的裂變分支（如上圖所示），但其釋放出的能量都相差不大，其平均值約為200MeV，也就是3.2 x 10^(-11)焦耳。

另一方面，1摩爾鈾-235的質(zhì)量為235克，其中包含了6.02 x 10^23個原子，而1公斤就是1000克，據(jù)此我們就可以計(jì)算出，1公斤鈾-235的原子數(shù)量大約為2.56 x 10^24個。

將這個原子數(shù)量與前面計(jì)算出的平均值相乘，就可以得到，在全部完成裂變的情況下，1公斤鈾-235能釋放出大約8.2 x 10^13焦耳（82萬億焦耳）的能量，作為對比，標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值大約每公斤29307千焦，也就是說，這大概相當(dāng)于燃燒2798噸的標(biāo)準(zhǔn)煤所產(chǎn)生的化學(xué)能。

據(jù)此我們也可以清楚地看到，核能實(shí)在是太香了。但問題是，鈾資源畢竟是有限的，用一點(diǎn)就少一點(diǎn)，那地球上的鈾，人類還能用多久呢？我們接著看。

目前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球已探明的可開采鈾資源有近800萬噸，然而在它們之中，能直接用來作為核燃料的鈾-235卻只占很少一部分（相對豐度約0.7204%），而其他的絕大多數(shù)都是鈾-238（相對豐度約99.2742%），除此之外，還有微量的鈾-234（相對豐度約0.0054%）。

根據(jù)科學(xué)家的估算，按照人類目前的消耗量，如果只是使用其中的鈾-235，那已探明的可開采鈾資源就只能維持百年量級（80至120年）。不過好消息是，科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)找到了一種可以將鈾-238利用起來的技術(shù)。

這種技術(shù)被稱為“快中子增殖”，其原理簡單來講就是，我們可以讓一個中子被鈾-238原子核捕獲，生成鈾-239，這個鈾-239很不穩(wěn)定，會在短時間內(nèi)發(fā)生β衰變（半衰期約23.5分鐘），從而變成镎-239，而镎-239仍然很不穩(wěn)定，它會再次通過β衰變（半衰期約2.35天）形成钚-239。

由于钚-239與鈾-235一樣易于發(fā)生核裂變，兩者發(fā)生核裂變時釋放出的能量也大致相當(dāng)，并且其半衰期還足夠長（約2.41萬年），因此钚-239本身，其實(shí)就是一種優(yōu)質(zhì)的核燃料。

科學(xué)家樂觀地認(rèn)為，隨著“快中子增殖”技術(shù)的發(fā)展和完善，在不太遙遠(yuǎn)的未來，我們對鈾資源的利用效率將提高60倍以上，而這也就意味著，僅憑全球目前已探明的可開采鈾資源，人類就可以使用數(shù)千年的時間。

值得一提的是，在地球的海洋中還有大量的鈾資源，平均每升海水中就含有大約3.3微克的鈾，其總量可以高達(dá)40多億噸。

盡管目前人類還沒有能力從海水中大量提取鈾資源，但可以想象的是，隨著科技的進(jìn)步，人類遲早會有這種能力，到那個時候，人類就更不用為鈾發(fā)愁了。