E=MC²并没有局限是什么物质,但为什么只能用铀和钚做核燃料呢?

爱因斯坦的质能方程看上去是普适性的,从氢元素聚变到重元素,从重元素衰变成其他元素等都会释放出巨大的能量。

爱因斯坦的质能方程看上去是普适性的,从氢元素聚变到重元素,从重元素衰变成其他元素等都会释放出巨大的能量,但事实上我们人类技术有限,因此在这个材料选择的时候就有很高的要求了!

E=MC²并没有局限是什么物质,但为什么只能用铀和钚做核燃料呢?

上图是各种元素在恒星内核燃烧所需要的温度,是不是发现氢元素的要求并不高,我们ITER装置内部完全可以达到吧,其实这上面忽略了一个要求,就是至少1%太阳质量的产生的内核压力!因此我们依然无法实现,更不要说氢元素以后的元素了!即使我们现在正在研究的可控聚变对象也是氚氘(氢的同位素)聚变!

E=MC²并没有局限是什么物质,但为什么只能用铀和钚做核燃料呢?

当然另一条就是重元素的裂变,理论上绝大部分超铀元素都是可以作为核裂变堆的燃料!那么我们为什么只选择了铀和钚元素呢?因为我们在选择上还有别的要求,比如:

一、半衰期不能太短,否则提取出来之后还没有使用就衰变过半了,这燃料简直就没法用啊

二、提取成本必须要低,否则商业化的第一个条件就被咔嚓了!

三、能自持裂变,并且可以链式反应!

四、裂变过程必须有手段可控,否则就成为原子弹了……

能满足这个要求的就是铀元素,比如用作核裂变堆燃料的铀235的半衰期长达7亿年,而铀235的原子核获得一个中子后分裂的同时还能释放出多个中子产生链式反应效果,但未超过临界质量之前,大部分中子将被通过原子核的空间溜出铀材料之外,但在超过临界质量之后,这些乱跑的中子就有可能撞到第二个原子核而发生不受控制的链式反应!将正式成为一颗原子弹!因此我们在准备核材料成品时必须要小于临界质量!

铀235的临界质量为:15KG

钚239的临界质量为:5KG

这里不得不提一下日本东海村核临界事故,工人在制造硝酸铀酰的过程中,为了节省时间直接把一个不锈钢桶中富含U-235的硝酸盐溶液倒入沉淀槽中!原本倒入的铀溶液含铀总量为2.4KG,而这名工人却将16KG铀硝酸盐溶液都倒入了沉淀槽中,于是立即引发了链式核裂变反应!

E=MC²并没有局限是什么物质,但为什么只能用铀和钚做核燃料呢?

最终导致了2名员工死亡,数百人遭受辐射,影响十分巨大!当然绝对算是一起比较低级超临界事故!

E=MC²并没有局限是什么物质,但为什么只能用铀和钚做核燃料呢?

我们回到核材料的选择与核反应堆上来,哦我们经常听到新闻中有说到轻水反应堆和重水反应堆,这是以减速剂种类区分的核裂变堆,轻水反应堆无法生产钚材料,因此轻水反应堆的部署门槛是比较低的!但重水反应堆则可以生产钚元素,因此是国际原子能机构重点控制的反应堆种类!

E=MC²并没有局限是什么物质,但为什么只能用铀和钚做核燃料呢?

因为钚原子弹的比较容易制造,当然钚也是一种核燃料以及二氧化钚则是重要的核电池原料,但其的制造与运输都受到重点关注!

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