铀属于可再生资源吗(天然铀矿是一次能源吗)

2023-07-16 14:17:04
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在人类懂得利用工具后,从石器到青铜器进入冷兵器时代,战争开始大面积的产生,武器的先进性成了衡量一个国家实力的重要标准之一。

近代工业革命后,人类开始大面积使用较强的近现代军事化武器,即杀伤力较强的新式炮弹等。在新中国成立初期,我活为了尽快挤入强国行列,提升国家实力,开始向苏联和其他国家借鉴制造“核武器”的相关技术和办法,最后自主研究完成了核武器的制作。

现在,世界上已有的核武器直接将地球毁灭,所以已经禁止核武器研发和制造。那么,核武器的威力是来源于哪里?

核武器(nuclear weapon)是利用能自持进行的原子核裂变或聚变反应瞬时释放的巨大的能量,产生爆炸作用,并具有大规模毁伤破坏效应的武器。主要包括裂变武器(第一代核武器,通常称为原子弹)和聚变武器(亦称为氢弹,分为两级及三级式)。

铀235

铀235是铀(Uranium)是一种放射性同位素,是自然界至今唯一能够发生可控裂变的同位素,主要用作核反应中的核燃料,也是制造核武器的主要原料之一。

一般类型的化学武器爆炸时所产生的能量中,碳、氢、氧、氮等原子核都不会发生变化,只是会改变各个原子之间初始状态下进行的分组。而在核裂变反应里,参与反应的原子核会转变成其他原子核再发生变化。

到了今天,核裂变的初步技术已经被人类所掌握。我们可以利用这种技术让重原子核释放能量来发电,其中最容易被控制的就是铀235,于是,铀235自然就成了人类核燃料运用最多的原子核。

铀235裂变后产生能量

铀235的裂变反应方程式:

在核裂变过后,铀235原子核有可能会在最后形成新的原子核,并借此来释放能量。

一个中子和铀原子核相撞,铀原子核会产生分裂,变成两个新的原子核,然后结合种子和射线产生能量,而这其中所产生的中子又会重复前一个步骤,继续撞击其它铀原子核,循环往复,就可以产生源源不断地能量。

以一公斤为例,人类使用的标准煤燃烧的热值是29307千焦,铀235原子核裂变后所产生的能量,就相当于2798吨标准煤燃烧时所释放的能量。

在现在普遍使用的核电站中,我国秦山核电站,年发电量约500亿千瓦时,每年消耗的铀235在5吨左右,对应的高浓缩铀体积大约是1/4立方米。

地球上的铀储存量

根据目前的统计资料来看,全球已明确发现的铀矿大约是700多万吨,其中铀235的占比约为0.7%。

但是,这些总量是远远不够人类使用的。在上世纪60年代末,中国最先开始从海水中提取出铀,紧接着,日本也进行了“离子交换法”的相关实验。2012年,美国国家实验室成功研发了一种称为HiCap的新型吸附剂,能提取出比过去多5至7倍铀235。

今天,人类依然还在研究更高效地提取铀235出来使用的方法。斯坦福的研究人员制作了一种导电纤维,用来吸附更多在海水中的铀酰离子。经过测试,研究人员发现这种新的导电纤维能比原来的偕胺肟多吸附9倍的铀235,且仍未达到饱和状态,新纤维还在11小时的时间里复使用了3次。

铀235能用多久

地球上所有的资源都可以分为两大类:可再生资源和不可再生资源。

可再生资源在一定程度上(一段时间内,而不是永久)可以一直取用,并且用之不竭,如太阳能、风能、水能和热能等;不可再生资源就是在人类开发利用后,基本不可能在短时间内(需要近千年甚至上万年才能形成)再次产生新的能源,如金银铜等矿产和石油、天然气等。

铀235原子核就属于不可再生资源。

如果按照目前人类的平均使用量来计算,全球700万吨的铀矿中,铀235可以供人类使用80年左右。按照这个时间计算,到了我们曾孙那一代,铀235原子核资源已经消失。

能不能找到可以代替它的能量呢?

铀238

在人类所发现的铀矿中,几乎所有铀矿都是铀238,占据整体的99.275%。所以,科学家们尝试利用铀238代替铀235,衍生出了新的快中子增殖反应堆技术。

快中子增殖反应堆是一种以快中子引起易裂变核铀-235或钚-239等裂变链式反应的堆型。

相比于从海水中提取铀资源,这个技术相对容易实现,也更加符合现实的社会需求。但在反应过程中一旦发生泄露,就会产生非常大的安全问题,带来巨大的危害。

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