早在100万多年以前,人类就开始使用火,在此之后,火释放出的能量一直是人类重要的能量来源。直到最近的100多年时间里,人类才发现比火强大得多的能量——核能,时至今日,人类已经初步掌握了可控核裂变的技术。
简单来讲,这种技术就是将重原子核“掰开”,而重原子核在被“掰开”之后,会因为质量损失而释放出能量,人类再利用这些能量来发电。因为在自然界中最容易被“掰开”的是铀235的原子核,所以铀235就理所当然地成为了应用最多的核燃料了。
1公斤的铀235裂变后能释放多少能量?铀235的原子核小得离谱(数量级为10^-14米),人类不可能真的去“掰开”它,所以人类采用了一种巧妙的方法,那就是利用高速的中子去轰击原子核,从而使它发生裂变。
上图为铀235的5种裂变方式,每种裂变方式释放出的能量都差不多,平均值约为200MeV,1MeV对应1.6 x 10^-13焦耳的能量,也就是说,每一个235的原子核裂变之后,都会释放出3.2 x 10^-11焦耳的能量。
已知1摩尔的铀235含有6.02 x 10^23个原子,其质量为235克,由此可知,1克铀235含有大约2.56 x 10^21个原子,所以1公斤的铀235就含有2.56 x 10^24个原子,将这个数字与单个235的原子核裂变之后释放的能量相乘,我们就可以得出,1公斤的铀235裂变后会释放出8.2 x 10^13焦耳的能量。
这是什么概念呢?这样说吧,1公斤的标准煤的热值29307千焦,以此为参照物的话,那么1公斤的铀235裂变后所释放出的能量,就与燃烧2798吨标准煤释放的能量相当,由此可见核能有多么强大,这也难怪人类对核能如此“情有独钟”。
那么地球上的铀够人类使用多久呢?