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鈾235裂變後生成幾個中子

生活 更新时间:2024-10-05 17:15:36

1克鈾-235裂變釋放能量,相當于2.8噸标準煤燃燒釋放的能量。

首先裂變是有臨界質量的,低于臨界質量的裂變材料,無法發生鍊式反應,鈾-235的臨界質量大約是25千克,所以鈾-235制成的核彈,存在最小質量。

鈾235裂變後生成幾個中子(1克鈾235裂變釋放多少能量)1

如果我們不考慮臨界質量,隻計算1克鈾-235裂變釋放的能量,那麼鈾-235的裂變反應方程式為:

鈾235裂變後生成幾個中子(1克鈾235裂變釋放多少能量)2

其中200.55 MeV=3.2×10-11焦耳,也就是說一個鈾-235原子裂變,釋放能量為3.2*10^-11焦耳,于是可以計算出:

(1)一摩爾鈾-235原子,質量為235克;

(2)1克鈾-235原子,就是1/235摩爾,大約是2.56*10^21個鈾原子;

于是一克鈾-235裂變,釋放能量為:

E=3.2*10^-11*2.56*10^21=8.2*10^10焦耳;

标準煤熱值為29308KJ/kg,所以1克鈾-235裂變釋放能量,相當于2798千克标準煤釋放能量。

可以看到核裂變釋放的能量是巨大的,一座普通的核電廠,一年隻需幾噸鈾-235材料,就能滿足全年的發電需求。

比如我國秦山核電站,年發電量約500億千瓦時,每年消耗的鈾-235在5噸左右,對應的高濃縮鈾體積大約是1/4立方米,但是核電廠采用的是低濃縮鈾。

鈾235裂變後生成幾個中子(1克鈾235裂變釋放多少能量)3

但是從質能轉化上看,核裂變的質能轉化效率是很低的,一克鈾-235釋放能量8.2*10^10焦耳,虧損質量可以根據質能方程得出:

△m=E/c^2≈0.0009克;

虧損率為:

η=△m/m=0.09%;

而氫元素的核聚變反應中,質量虧損率為0.7%,效率比核裂變高了十多倍;鈾-235在地殼中的含量非常有限,但是氫的同位素在海水中大量存在,這也是各國着重研究可控核聚變的原因。

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