一克核电站用的核原料能释放多少能量?

一吨煤相当于19.59g的富集度为2.45%的UO2核燃料放出的热量.那么1g核燃料(注意:此处为通用的核燃料,并非1gU235)就相当于约50kg的标准煤放出的热量。

详细推演过程如下:

1g核燃料通常为1g 二氧化铀。

二氧化铀的原子量为269.956.

1g二氧化铀含有的核子数为:

N(u)=1/269.956×6.02×〖10〗^23=2.23×〖10〗^21个

按照国内核电站(92^235)U的富集度2.45%计算,富集度是质量分数占比,这里近似看做是核子数的比:

N(U235)= N(u) ×2.45%=5.4635×〖10〗^19个

U235燃料俘获裂变中子和裂变比为1.169

发生裂变的核子数为

M(U235)= N(U235)/1.169=4.6737×〖10〗^19个

查资料得一次裂变放出的能量为:

200MeV=200×〖10〗^6×1.6×〖10〗^(-19)=3.2×〖10〗^(-11)J/次

则最终放出的能量:

Q= M(U235)×3.2×〖10〗^(-11)=4.6737×〖10〗^19×3.2×〖10〗^(-11)=1.4956×〖10〗^9J。

这个数据很抽象,我们不知道是相当于多大的能量。

直观的现象煮熟一个需要大约16J的热量。

我国把每公斤含热7000大卡(29306千焦)的定为标准煤,

一吨煤放出的热量为:

Q(煤)=1000KG*29306KJ/KG=29306000KJ=2.9306×〖10〗^10J。

故一吨煤相当于19.59g的富集度为2.45%的UO2核燃料放出的热量。

也许有人好奇为什么不直接用金属铀作为核燃料呢?

核电站用核燃料一般是二氧化铀,金属金属铀的优点是热导率较高,密度大,易于加工,但它的熔点较低,化学性质活泼,易氧化;在一定温度下会发生相变。当其由α相转变为β相再转变为γ相时,其性质变得硬而脆,密度也依次变小且金属铀的抗辐照性能和在高温水中的抗腐蚀性能都较差。

二氧化铀熔点高达2840±40℃,晶体结构为面心立方,各向同性,从室温到熔点无相变;热稳定性和辐照稳定性好,在高温水中化学稳定性好、耐腐蚀性好,即使燃料包壳发生泄露,也几乎不会与水发生反应;与包壳材料的相容性好,不会与包壳发生反应。从综合性能看陶瓷UO2的性能要优于金属铀,故陶瓷UO2是压水型动力堆中应用最广泛的燃料。

一吨煤相当于19.59g的富集度为2.45%的UO2核燃料放出的热量.那么1g核燃料(注意:此处为通用的核燃料,并非1gU235)就相当于约50kg的标准煤放出的热量。

详细推演过程如下:

1g核燃料通常为1g 二氧化铀。

二氧化铀的原子量为269.956.

1g二氧化铀含有的核子数为:

N(u)=1/269.956×6.02×〖10〗^23=2.23×〖10〗^21个

按照国内核电站(92^235)U的富集度2.45%计算,富集度是质量分数占比,这里近似看做是核子数的比:

N(U235)= N(u) ×2.45%=5.4635×〖10〗^19个

U235燃料俘获裂变中子和裂变比为1.169

发生裂变的核子数为

M(U235)= N(U235)/1.169=4.6737×〖10〗^19个

查资料得一次裂变放出的能量为:

200MeV=200×〖10〗^6×1.6×〖10〗^(-19)=3.2×〖10〗^(-11)J/次

则最终放出的能量:

Q= M(U235)×3.2×〖10〗^(-11)=4.6737×〖10〗^19×3.2×〖10〗^(-11)=1.4956×〖10〗^9J。

这个数据很抽象,我们不知道是相当于多大的能量。

直观的现象煮熟一个需要大约16J的热量。

我国把每公斤含热7000大卡(29306千焦)的定为标准煤,

一吨煤放出的热量为:

Q(煤)=1000KG*29306KJ/KG=29306000KJ=2.9306×〖10〗^10J。

故一吨煤相当于19.59g的富集度为2.45%的UO2核燃料放出的热量。

也许有人好奇为什么不直接用金属铀作为核燃料呢?

核电站用核燃料一般是二氧化铀,金属金属铀的优点是热导率较高,密度大,易于加工,但它的熔点较低,化学性质活泼,易氧化;在一定温度下会发生相变。当其由α相转变为β相再转变为γ相时,其性质变得硬而脆,密度也依次变小且金属铀的抗辐照性能和在高温水中的抗腐蚀性能都较差。

二氧化铀熔点高达2840±40℃,晶体结构为面心立方,各向同性,从室温到熔点无相变;热稳定性和辐照稳定性好,在高温水中化学稳定性好、耐腐蚀性好,即使燃料包壳发生泄露,也几乎不会与水发生反应;与包壳材料的相容性好,不会与包壳发生反应。从综合性能看陶瓷UO2的性能要优于金属铀,故陶瓷UO2是压水型动力堆中应用最广泛的燃料。


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