核彈問題問W君吧,首先是1克鈾-235這東西沒有,! 從天然鈾礦中生產(chǎn)產(chǎn)的金屬鈾中鈾235的含量只有千分之7.2,。需要通過鈾濃縮的手段做出濃縮鈾。普遍上來看5%含量的濃縮鈾就已經(jīng)可以給核電站作為燃料使用了,。而武器級的濃縮鈾也僅僅需要90%的鈾235的含量,。 這是美國的氣體鈾離心機,通過這些一個個離心機罐子才可以將鈾235逐漸的分離出來,。饒是如此,,美國的濃縮鈾中鈾235的含量也沒有超過98%的?;旧线B優(yōu)級純都到不了的,。 不過這并不妨礙我們設(shè)想一克鈾-235完全裂變所產(chǎn)生的能量到底有多少。 這里有一個很好的計算方式就是利用摩爾數(shù)計算原子重量的方法,,一摩爾的鈾235重量為235.0439299克,。那么一克鈾-235的重量就是0.00425452382摩爾,同時,,我們又知道一摩爾的任何物質(zhì)有6.02214129E23個分(原)子,。這樣我們就可以計算出一克鈾-235里面有多少原子了。 答案是2.5621344E21個原子,。 當(dāng)中子命中鈾-235的原子核的時候,,鈾-235會釋放能量,。我們將所有一克鈾-235釋放的能量加起來就是一克鈾-235完全裂變所產(chǎn)生的能量了。 大量的實驗和計算表明 一枚鈾-235的原子在吸收中子后裂變可以釋放出202.5 MeV電子伏特的能量,,相當(dāng)于 3.2444077E-11焦耳的能量,。 那么我們使用2.5621344E21(鈾-235原子個數(shù))X 3.2444077E-11(每個原子裂變產(chǎn)生的能量) 就可以計算出一克鈾-235原子所釋放的能量了。 答案是:83126085757.9焦耳,,也就是83126.0857579兆焦,。 這個能量相當(dāng)于19.86噸TNT炸藥爆炸所產(chǎn)生的能量(一噸TNT當(dāng)量=4.184×E9 焦耳)。 然而好玩的事情來了,!煤這個東西結(jié)構(gòu)成分復(fù)雜,,不同的煤燃燒后所產(chǎn)生的熱量不一樣。既然題主說的是標(biāo)準(zhǔn)煤,,那么咱們就說國家標(biāo)準(zhǔn)煤吧,,1千克國家標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放熱量為7000大卡。1大卡的能量為4184焦耳那么一噸煤所燃燒釋放出的能量為 29288兆焦,。 所以我們可以直接算除法了 83126.0857579/29288 =2.838 噸 煤,。 等等,是不是發(fā)現(xiàn)1克鈾-235相當(dāng)于2.828噸煤燃燒產(chǎn)生的熱量有疑問呢,?畢竟要產(chǎn)生1克鈾-235裂變所達到的能量需要19.86噸TNT啊,。 這就是炸藥和燃料之間不同了,炸藥可以在一瞬間釋放所有的能量,,而燃料則是在很長的燃燒過程中持續(xù)不斷的釋放能量,,而且一般的燃料都比炸藥能量高。 剛剛說的核材料純度問題了,,我們找不到1克的純鈾-235度,,但可以使用更多的鈾-235進行反應(yīng)。例如使用原子彈,。 當(dāng)年投到廣島的原子彈“小男孩”中填充了45公斤的90%純度的濃縮鈾,,在爆炸的時候有一公斤濃縮鈾參與反應(yīng),釋放的能量相當(dāng)于2萬噸TNT炸藥爆炸釋放出的能量,。2萬噸/19.86噸 = 1007.04934542克,,這樣也能基本驗證了上面計算的正確與否。 從上面的例子來看45公斤的濃縮鈾才鈾1公斤參與反應(yīng),,因此,,1克完全裂變這事情和100%的鈾-235一樣也都只是一個理想狀態(tài)。 |
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