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鈾的能量密度比化石能源高多少?鈾的能量從哪里來?
2023-06-28 09:56:48 來源:中國風(fēng)投網(wǎng) 編輯:

鈾的能量密度比化石能源高多少?

鈾是核能的主要燃料,為全球400多個核電反應(yīng)堆提供動力,占世界年發(fā)電量的10%。隨著各國重新將核能作為一種清潔能源,鈾已成為未來具有重要戰(zhàn)略意義的金屬。

核能來源于鈾原子的放射,鈾原子在裂變過程中分裂時會產(chǎn)生大量能量,其能量密度比其他能源燃料高出很多。下表比較了鈾與其他燃料的能量密度,單位為每公斤燃料所含的兆焦耳能量:

燃料類型-能量密度(MJ/kg)

木柴:16

煤炭:24

原油:44

柴油:45

汽油:46

液化天然氣:55

鈾-235(濃縮至3.5%)核燃料 3900000

商業(yè)核反應(yīng)堆使用的燃料濃縮鈾-235每公斤重量含有390萬兆焦耳的能量,比傳統(tǒng)化石燃料的能量密度大很多。因此,相對少量的核燃料可以通過裂變產(chǎn)生大量能量,轉(zhuǎn)化為核能的各種優(yōu)勢:

——高能源投入回報率(EROI)

核能是所有能源中EROI最高的,在建設(shè)和運營中每消耗一個單位的能源,就會產(chǎn)出75個單位的能量。

——低土地足跡

核電站的單位電力占地面積最小,為每兆瓦時0.3方米。

——最小浪費

核反應(yīng)堆幾乎不產(chǎn)生廢物或乏燃料,其中只有一小部分具有高放射。乏燃料也可以回收利用。

鈾的能量從哪里來?

在地球形成之前大約1億年,太陽系還只是個雛形,那時候,整個太陽系的溫度非常高,而且所有的元素都是混在一起的,就像一鍋雜燴湯一樣。當(dāng)時在太陽系的附,距離僅有1000光年的地方,有兩顆中子星,它們之間因為引力的吸引,發(fā)生了一次重量級的碰撞,產(chǎn)生了巨大規(guī)模的爆炸,隨后這兩顆中子星合二為一。由于這場爆炸發(fā)生的地點距離太陽系很,所以爆炸過程中合成的一些物質(zhì),帶著爆炸產(chǎn)生的動能,飛入了太陽系。這場爆炸合成的元素中含有大量的金、鉑和鈾等重金屬元素,因此,在太陽系形成早期,這些在現(xiàn)在看來十分稀有和珍貴的元素其實是很豐富的。

后來隨著太陽系的溫度逐漸降低,各種元素相互抱團、聚集,又經(jīng)歷了體積收縮,就形成了地球以及其它行星的雛形。在這個過程中,地球很幸運地分到了相當(dāng)大的一部分重金屬元素。然而,從地球形成到現(xiàn)在,又經(jīng)歷了大約45億年的時間,隨著時間的推移,許多重金屬元素在天然的裂變過程中逐漸轉(zhuǎn)化成其它比較輕的元素,因此天然存在的金、鉑和鈾這些元素就變得越來越稀有。

所以說,現(xiàn)在我們在地球上看到的重金屬元素,很大一部分來自那兩顆中子星的聯(lián)誼活動。在它們合并后,產(chǎn)生了一個帶有吸積盤的黑洞。在吸積盤的潮汐力和宇宙風(fēng)的作用下,黑洞噴射出大量的富中子物質(zhì)。這些噴射出來的物質(zhì)與快中子結(jié)合,發(fā)生核聚變反應(yīng),產(chǎn)生了各種重金屬元素,包括金、鉑、鈾,以及錒系元素等。一部分噴射物進入太陽系的雛形,并且留在了這里。

這個過程并不是憑空幻想出來的,科學(xué)家有一定的依據(jù)來支持這一猜想??茖W(xué)家主要的研究方法是,將中子星合并時產(chǎn)生的太空隕石中發(fā)現(xiàn)的放射同位素的含量,與銀河系相應(yīng)的數(shù)值模擬的結(jié)果進行了比較。

關(guān)鍵詞: 鈾的能量密度比化石能源高多少 鈾的能

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