1kg铀235释放多少焦耳?(铀235)

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只要知道每次裂变能放出多少能量,1kg铀235能裂变多少次,两者相乘便可以知道本题答案铀235。

1kg铀235释放多少焦耳?(铀235)(图1)

铀235每次裂变放出的能量是200MeV。下面我给出具体计算过程,过程稍微有点烧脑,读者也可以直接跳到最后查看答案!

1kg铀235释放多少焦耳?(铀235)(图2)

1kg铀235释放多少焦耳?(铀235)(图3)

核反应堆中铀235参与多种裂变反应,裂变产物并不是唯一的,上图所示为核反应堆中核反应之一,即铀235吸收一个中子裂变形成铯140和铷93,并且放出3个中子以及若干能量,那么每次反应到底放出多少能量呢?

1kg铀235释放多少焦耳?(铀235)(图4)

上图所示为比结合能曲线的局部放大图:

从图中可读取U235的结合能为E(U)=7.6*235=1786MeV;

Rb93的结合能为E(Rb)=8.7×93=809MeV;

Cs140的结合能为E(Cs)=8.4×140=1176MeV;

在这个核反应中,铀裂变表现为吸收能量,铷和铯表现为释放能量,故此核反应中释放的能量为δE=E(Rb)+E(Cs)-E(U)=809+1176-1786=199MeV。

1MeV=1.6×10E-13J,199MeV=3.2×10E-11J

1kg U235所含有的核子数可以用质量除以相对原子质量再乘以阿伏加德罗常数,即:

N=1000÷235×6.02×10E23=2.56×10E24个,

本问题中并没有说所有的铀235全部裂变,故应该按照实际反应计算。

即并不是所有铀235全部发生裂变反应,还要考虑辐射俘获,U235的俘获裂变比为0.169,真正发生裂变的次数为2.56×10E24÷(1+0.169)=2.19×10E24次综上,1kgU235全部参与核反应放出的能量为2.19×10E24×3.2×10E-11=7.01×10E13J。

1吨标准煤放出的热量为29270MJ,这相当于约2390吨标准煤完全燃烧放出的能量。

如果不考虑俘获裂变比,1kg铀全部参与裂变反应,释放出的能量会更多,大约相当于2850吨标准煤放出的热量。

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为什么说铀235可能会用完?

如果大量开发,铀235是必然会用完的,这与铀235的形成有关。

1kg铀235释放多少焦耳?(铀235)(图5)

我们知道元素周期表中有众多元素,这些元素有些是在原始星云形成太阳系之初就存在的,有些则是后来形成的,铀235就是后来形成的元素之一。

1kg铀235释放多少焦耳?(铀235)(图6)

1kg铀235释放多少焦耳?(铀235)(图7)

图示:硅铅铀矿

依靠氢核的自然聚变是无法形成比铁元素更重的元素的。从平均结合能曲线来看,只有比铁小的元素聚变才能放热,即聚变反应才能自持下去,但比铁重的元素(如铀、金、银等)大多数来自于超星爆发。

超星爆发是恒星生命周期的最后一搏,大质量恒星发生引力坍塌,物质向中心急剧靠拢,势能转化为动能,在中心相撞,释放的能量使比铁更重的原子核发生聚变,生成更大核,释放出的能量将生成的粒子以光速喷射到50光年、甚至100光年以外。

地球上的铀就是这么来的,金银也是这么来的,因此数量是有限的。如果通过核反应将铀235转化为其他物质,铀235的数量将不断减少。最近一次探测到超星爆发是2006年9月18日,距地球2.38亿光年的超新星SN 2006gy爆发,但是我们并不希望超星爆发发生在太阳系附近。超星爆发实质就是一次大爆炸,这个过程放出的能量可能比整个生命周期聚变放出的能量还要多,足以将地球甚至太阳系毁灭。

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