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为什么只有235-为什么只有用于核能

2025-11-18 04:10:10  

为什么只有235-为什么只有用于核能

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235在自然界里含量少,开采成本高,而且裂变条件苛刻。首先得说明235的天然存在量少,地球上的矿里只有0.72%是235,其他都是238。开采一吨天然成本要几十万块,提纯到235成本更高,得用气体扩散法或者离心机,这些设备占地方又耗电。其次得满足核反应条件,235要达到链式反应得同时满足两个条件:一是要有足够数量,达到临界质量;二是得有慢化剂把中子速度降下来。比如压水堆用的水作慢化剂,重水堆用重水,石墨堆用石墨。这些条件只有235能同时满足,238虽然多但裂变概率低,其他同位素更不合适。

235的特殊性在于它的裂变概率和临界质量。235吸收热中子后裂变概率是58.7%,远高于238的0.52%。根据爱因斯坦质能方程E=mc²,每个235裂变能释放200兆电子伏能量,相当于3公斤235等于1吨煤。临界质量方面,纯235的临界质量是52公斤,但实际反应堆要加入慢化剂和结构材料,所以需要千吨级天然矿提纯。比如美国怀俄明州某矿年产量才200吨,其中235不到1.5吨。相比之下,钚239虽然裂变概率也高,但临界质量更大,需要更大反应堆体积,而且钚提纯难度更高。所以235在技术成熟度和经济性上占优,虽然成本高但能稳定输出能量,不像钚容易自发链式反应引发事故。

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235核反应堆临界质量