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性，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(yùn)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平方米。

——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性。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)時在太陽系的附近，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(diǎn)距離太陽系很近，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(shí)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(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。在這個過程中，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(jìn)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)的放射性同位素的含量，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