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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(lái)?
    2023-06-28 09:56:48 來(lái)源:中國(guó)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(gè)核電反應(yīng)堆提供動(dòng)力,占世界年發(fā)電量的10%。隨著各國(guó)重新將核能作為一種清潔能源,鈾已成為未來(lái)具有重要戰(zhàn)略意義的金屬。

    核能來(lái)源于鈾原子的放射,鈾原子在裂變過(guò)程中分裂時(shí)會(huì)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(wàn)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(duì)少量的核燃料可以通過(guò)裂變產(chǎn)生大量能量,轉(zhuǎn)化為核能的各種優(yōu)勢(shì):

    ——高能源投入回報(bào)率(EROI)

    核能是所有能源中EROI最高的,在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中每消耗一個(gè)單位的能源,就會(huì)產(chǎn)出75個(gè)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(shí)0.3方米。

    ——最小浪費(fèi)

    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(lái)?

    在地球形成之前大約1億年,太陽(yáng)系還只是個(gè)雛形,那時(shí)候,整個(gè)太陽(yáng)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(shí)在太陽(yáng)系的附,距離僅有1000光年的地方,有兩顆中子星,它們之間因?yàn)橐Φ奈l(fā)生了一次重量級(jí)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(chǎng)爆炸發(fā)生的地點(diǎn)距離太陽(yáng)系很,所以爆炸過(guò)程中合成的一些物質(zhì),帶著爆炸產(chǎn)生的動(dòng)能,飛入了太陽(yáng)系。這場(chǎng)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(yáng)系形成早期,這些在現(xiàn)在看來(lái)十分稀有和珍貴的元素其實(shí)是很豐富的。

    后來(lái)隨著太陽(yáng)系的溫度逐漸降低,各種元素相互抱團(tuán)、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(gè)過(guò)程中,地球很幸運(yùn)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(shí)間,隨著時(shí)間的推移,許多重金屬元素在天然的裂變過(guò)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(lái)越稀有。

    所以說(shuō),現(xiàn)在我們?cè)诘厍蛏峡吹降闹亟饘僭?,很大一部分?lái)自那兩顆中子星的聯(lián)誼活動(dòng)。在它們合并后,產(chǎn)生了一個(gè)帶有吸積盤(pán)的黑洞。在吸積盤(pán)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(lái)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(jìn)入太陽(yáng)系的雛形,并且留在了這里。

    這個(gè)過(guò)程并不是憑空幻想出來(lái)的,科學(xué)家有一定的依據(jù)來(lái)支持這一猜想。科學(xué)家主要的研究方法是,將中子星合并時(shí)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(jìn)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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