为什么铀-235是核能的理想材料?

在热电厂控制室工作的女电气工程师。"width=
世界各地的核电站都使用铀来发电。Visoot Uthairam / Getty Images

核电站在美国提供了大约20%的国家每年都需要。法国的核电站每年为该国提供大约77%的电力需求[来源:NEI].这些核电厂需要什么在地球上大量存在的基本元素才能产生如此巨大的能量?答案是铀。

当一个原子分裂成两个并产生能量时,就会发生核裂变。自然裂变一直在发生。铀以非常慢的速度自发裂变,并放射出辐射。铀-235 (U-235)只存在于天然铀的0.7%中,但它非常适合用于生产核电。这是因为它通过一种被称为阿尔法辐射的过程自然衰变。这意味着它会释放一个阿尔法粒子(两个中子和两个质子连接在一起)。铀-235是生产核能理想材料的另一个原因是,与大多数材料不同,铀-235可以发生诱导裂变。当一个自由中子与U-235原子核碰撞时,原子核通常会捕获中子并迅速分裂。单个U-235原子的分裂可以释放大约200兆电子伏(百万电子伏)。

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当铀原子分裂时,会释放出大量的热量,以及伽马射线(高能光子)。由此产生的两个原子除了beta辐射(非常快的电子)外,还会释放伽马辐射。裂变的产物,连同它们的中子,比原来的U-235原子要轻。重量差就变成了能量,可以用公式E=mc2计算。

为了使铀适用于核电站的电力生产,它必须被浓缩到至少含有3%的U-235。

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