人類的生存離不開能量的供應，我們平常所使用的通常都隻是化學反應所釋放出的能量，從微觀角度來看，化學反應隻是涉及到原子的外層電子，而更強大的能量，則隐藏在原子核之中，也就是所謂的核能（也稱原子能）。

人類獲取核能主要有兩個途徑，即核聚變和核裂變，簡單來講，核聚變就是将若幹個輕原子核“捏”在一起，核裂變則是将重原子核“掰開”。

就目前的情況來看，雖然人類還無法有效地掌控核聚變釋放的能量，但人類對核裂變的應用還是小有成就的，迄今為止，人類已建成了數百個以核裂變為基礎的核電站，不過這些核電站所使用的核燃料都是鈾和钚。

那麼問題就來了，地球上那麼多重元素，為什麼隻能用鈾和钚來做核燃料？而其它的元素卻不行呢？下面我們就來聊一下這個話題。

原子核是由質子和中子構成，對于反物質而言，構成其原子核的則是反質子和反中子，我們把這些構成原子核的粒子統稱為“核子”，一個原子核所包含的“核子”越多，其質量就越大，但科學家卻發現，不同元素的原子核，其“核子”的平均質量卻是不一樣的。

在已知的所有元素中，鐵原子核的“核子”平均質量最低，而其它元素的“核子”平均質量則會随着原子序數的增加（原子序數比鐵大）或減少（原子序數比鐵小）而逐漸遞增。

這就意味着，原子序數低于鐵的原子核發生核聚變，或者原子序數高于鐵的原子核發生核裂變，都會出現質量虧損，而這些虧損的質量就會轉變成能量，這可以通過愛因斯坦的質能方程式“E=mc^2”來進行描述。

盡管從理論上來講，隻要是原子序數比鐵大的原子核就可以通過核裂變來釋放出能量，但由于科技水平的限制，人類并不能随心所欲地在原子核的尺寸上來操縱物質，因此人類隻能選擇核裂變難度最低的元素來做核燃料，這大概需要滿足以下幾個條件。

1、原子核要足夠大：這個道理很簡單，原子核所包含的“核子”越多，其本身的穩定性就越差，也就越容易發生核裂變，釋放的能量也就越多，所以最佳選擇就是元素周期表中的锕系元素。

2、能夠大量獲取：锕系元素包括锕、钍、镤、鈾、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘和铹等15種元素，其中隻有锕、钍、镤、鈾、镎和钚在自然界中存在，其它的則隻能通過人工合成。可以看到，隻是這個條件就淘汰了很多核燃料的“候選者”。

3、能夠長期穩定地存在：锕系元素都是放射性元素，它們會自發地發生衰變，很顯然，半衰期太短的元素是不适合用來作為核燃料的。

4、能夠進行自持式鍊式裂變：要我們一個接一個地去“掰開”原子核是不現實的，所以最好就是我們隻需要提供一個啟動的步驟，然後核燃料就可以在不需要外界能量的情況下，持續地發生核聚變并釋放出能量。

如上圖所示，一個原子核發生裂變之後會釋放出幾個中子，如果這些中子數量能量足夠高，就可能會引發其它原子核的裂變，這就被稱為“自持式鍊式裂變”。

5、核燃料的裂變過程必須是可控的，否則的話就……

在已知的所有元素中，隻有鈾-235和钚-239能夠同時滿足以上所有的條件，正是因為如此，人類目前通常都隻能用鈾和钚來做核燃料。

補充說明一下，雖然自然界中的钚-239非常少，但是钚-239卻可以通過人工核反應大量合成，簡單來講就是，我們可以通過人工方式讓鈾-238原子核捕獲到一個中子，在此之後，該原子核就會發生β衰變，從而在短時間内轉變成钚-239（以镎-239作為中間體）。

總而言之，地球上的其它元素并不是不能用來做核燃料，隻是人類目前還暫時沒有掌握相應的科技。不過可以想象的是，随着人類科技的不斷進步，核燃料就不會隻限制于一些特定的元素，或許在不太遙遠的未來，人類甚至還可以直接用随處可見的石頭來做核燃料。

好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家關注我們，我們下次再見`

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