Question

1克铀-235完全裂变所产生多少能量

Answer 1

1克铀-235完全裂变所产生多少能量

核弹问题，首先是1克铀-235这东西没有！

从天然铀矿中生产产的金属铀中铀235的含量只有千分之7.2。需要通过铀浓缩的手段做出浓缩铀。普遍上来看5%含量的浓缩铀就已经可以给核电站作为燃料使用了。而武器级的浓缩铀也仅仅需要90%的铀235的含量。

这是美国的气体铀离心机，通过这些一个个离心机罐子才可以将铀235逐渐的分离出来。饶是如此，美国的浓缩铀中铀235的含量也没有超过98%的。基本上连优级纯都到不了的。

不过这并不妨碍我们设想一克铀-235完全裂变所产生的能量到底有多少。

这里有一个很好的计算方式就是利用摩尔数计算原子重量的方法，一摩尔的铀235重量为235.0439299克。那么一克铀-235的重量就是0.00425452382摩尔，同时，我们又知道一摩尔的任何物质有6.02214129E23个分（原）子。这样我们就可以计算出一克铀-235里面有多少原子了。

答案是2.5621344E21个原子。

当中子命中铀-235的原子核的时候，铀-235会释放能量。我们将所有一克铀-235释放的能量加起来就是一克铀-235完全裂变所产生的能量了。

大量的实验和计算表明一枚铀-235的原子在吸收中子后裂变可以释放出202.5MeV电子伏特的能量，相当于3.2444077E-11焦耳的能量。

那么我们使用2.5621344E21（铀-235原子个数）X3.2444077E-11（每个原子裂变产生的能量）就可以计算出一克铀-235原子所释放的能量了。

答案是：83126085757.9焦耳，也就是83126.0857579兆焦。

这个能量相当于19.86吨TNT炸药爆炸所产生的能量（一吨TNT当量=4.184×E9焦耳）。

然而好玩的事情来了！煤这个东西结构成分复杂，不同的煤燃烧后所产生的热量不一样。既然题主说的是标准煤，那么咱们就说国家标准煤吧，1千克国家标准煤燃烧释放热量为7000大卡。1大卡的能量为4184焦耳那么一吨煤所燃烧释放出的能量为29288兆焦。

所以我们可以直接算除法了83126.0857579/29288=2.838吨煤。

等等，是不是发现1克铀-235相当于2.828吨煤燃烧产生的热量有疑问呢？毕竟要产生1克铀-235裂变所达到的能量需要19.86吨TNT啊。

这就是炸药和燃料之间不同了，炸药可以在一瞬间释放所有的能量，而燃料则是在很长的燃烧过程中持续不断的释放能量，而且一般的燃料都比炸药能量高。

刚刚说的核材料纯度问题了，我们找不到1克的纯铀-235度，但可以使用更多的铀-235进行反应。例如使用原子弹。

当年投到广岛的原子弹“小男孩”中填充了45公斤的90%纯度的浓缩铀，在爆炸的时候有一公斤浓缩铀参与反应，释放的能量相当于2万吨TNT炸药爆炸释放出的能量。2万吨/19.86吨=1007.04934542克，这样也能基本验证了上面计算的正确与否。

从上面的例子来看45公斤的浓缩铀才铀1公斤参与反应，因此，1克完全裂变这事情和100%的铀-235一样也都只是一个理想状态。