【原】明明自然界中鈾-238最豐富，為什么還要用稀有的鈾-235做核燃料？

星辰大海種花家 2020-02-02

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從理論上來看所有的放射性元素都可以拿來作核裂變?nèi)剂?，但因?yàn)楦鞣N放射性元素的在自然界中的含量，取得的難易程度，以及加工成本的高低，使得我們可以選擇的余地非常小！原子彈中常用的核材料是鈾和钚，但在核能利用的核電站中，用的卻都是鈾，為什么選鈾呢？

為什么核反應(yīng)堆的核燃料都是鈾，而且還是鈾-235，不能是大量存在的鈾-238嗎？

元素周期表中的很多元素都有放射性同位素，這些具有放射性的同位素是因?yàn)樵雍说馁|(zhì)子和中子的組合導(dǎo)致了不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生衰變！同位素是質(zhì)子數(shù)相同但中子數(shù)不一樣的元素，比如氚，和碳-14、鈷-60和碘-131等，這些都是放射性同位素，衰變時(shí)會(huì)有伽馬射線和α射線（氦原子核）β射線（電子或者正電子），如果一種元素的所有同位素都具有放射性，那么這種元素就是放射性元素，比如如鈾、鐳和氡等。

云室觀察放射性元素衰變

為什么是鈾？

其實(shí)很簡(jiǎn)單，因?yàn)殁櫴亲匀唤缥ㄒ淮罅看嬖诘姆派湫栽?，而且鈾也是最容易達(dá)到可控裂變的元素。鈾的化學(xué)元素符號(hào)為U，鈾的質(zhì)子數(shù)是92，所以它有92個(gè)核外電子，其中自然界大量存在的同位素有兩種，一種是U-235，原子核中有143個(gè)中子，在鈾元素中的含量約0.7198~0.7202%，半衰期7.04億年，另一種是U-238，原子核中有146個(gè)中子，鈾元素中含量約99.2739～99.2752%，半衰期44.7億年，還有極其微量的U-234！

鈾在衰變是會(huì)釋放出α射線，所以它很容易防護(hù)，因此純鈾元素并不危險(xiǎn)，幾層薄薄的紙片即可防護(hù)，當(dāng)然這并不建議將它帶在身上，畢竟是放射性元素，二十世紀(jì)初的放射性增強(qiáng)身體的笑話就不要重演了，大家都知道放射性的危害哈！

為什么是鈾-235？

核電站的中的核燃料利用的都是U-235，在鈾元素中含量超過99%的U-238除了吸收中子增值成钚元素外，其他的用處就只能拿來知奧貧鈾裝甲或者貧鈾彈了！那么為什么不用U-238呢，非得用一丟丟含量的U-235？

這是因?yàn)閁-238的放射性強(qiáng)度低于U-235，而且U-238被快中子碰撞后會(huì)吸收其能量，無法產(chǎn)生裂變，但它可以捕獲到慢中子后會(huì)經(jīng)過兩次β衰變轉(zhuǎn)變成可裂變的钚-239，所以U-238是增值堆中的原料，比如重水反應(yīng)堆中多余的慢中子可以通讓U-238變成钚-239，成為制造原子彈的原料，所以重水反應(yīng)堆投資建設(shè)可是國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)重點(diǎn)監(jiān)控的對(duì)象哦！

钚-239也可以裂變，為什么不用來做核燃料？

上文我們了解了，钚并沒有在自然界中大量存在，如果有需要必須通過重水反應(yīng)堆來制造，所以這個(gè)成本直接就是天文數(shù)字，一般只用钚的氧化物來制造核電池（比如旅行者一號(hào)和二號(hào)用的就是氧化钚（钚-238）），而另一個(gè)用途就是制造原子彈，兩個(gè)高端大氣上檔次的去處都不夠用，還用它來發(fā)電？實(shí)在是太奢侈了吧。

钚元素

钚-239也是易裂變的三種同位素之一（另兩種是U-233和U235），但钚的成產(chǎn)成本高，所以大多數(shù)國(guó)家都將其作為原子彈的材料儲(chǔ)備，基本沒有機(jī)會(huì)將其拿來作為核燃料，當(dāng)然大多快中子增值反應(yīng)堆中是以钚-239裂變?nèi)剂?，而U-238作為增值材料，因?yàn)槊總€(gè)中子誘發(fā)分裂釋放出來的中子數(shù)目為：

鈾-235：2.10個(gè)

钚-239：2.45個(gè)

鈾-233：2.31個(gè)

因?yàn)轭械男首罡?，而且可以用钚生產(chǎn)出更多的钚，所以叫做快中子增值堆，如果普及，當(dāng)钚-239的數(shù)量難以消化時(shí)，必定會(huì)用來作為普通核電站核燃料，但暫時(shí)可能很少有國(guó)家那么奢侈，將钚-239作為核燃料。另外核燃料的選擇也和原子核的裂變勢(shì)壘有關(guān)系，比如U-235比較低，U-236稍高，U-238則比較高，其他放射性材料，也可以參考自然界是否存在于裂變的勢(shì)壘，其實(shí)前面這個(gè)條件就只剩下鈾元素啦！

快中子增值堆

除了核裂變，還有核聚變哦

其實(shí)核能除了裂變還有聚變，與裂變相反，聚變是以輕元素聚變成重元素，和選擇裂變有些類似，也是選擇容易聚變的和自然界含量巨大的，但好死不死，我們找到的兩種最容易聚變的氘和氚聚變，氘在海水中含量大約是0.02%，盡管比較貴，大概數(shù)千人民幣一千克（跟聚變的高能相比，簡(jiǎn)直就是白菜）。