1克核反应物能释放多少能量？

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核能又称原子能，是利用原子核发生变化释放的能量。核能是人类历史上的一项伟大的发现，已经广泛运用于人类的军事和生活许多领域。从地球上能源使用的清洁角度来说，只要不发生地质灾害和核泄露，核能还是目前世界上最清洁的能源之一。

目前，人类获取核能的方式主要有两种：重核裂变和轻核聚变。简单来讲，核裂变就是利用带有一定能量的中子轰击较重的原子核，重核会分裂成两个或多个质量较小的原子核，同时还能放出中子和一定的能量。

核聚变就是让两个比较轻且速度超高的原子核相撞然后发生聚合，变成一个较重原子核并放出能量的过程。

核能是少有的不依赖于太阳的能源来源。就拿最常见的氘氚二核的聚变举例。

在地球上，海水中氘的含量为十万分之三，即1升海水中含有0.03克氘，所以海水里大约有40万亿吨的氘。但是与氢、氘相比，氚在自然界中少得可怜，但可以采用中子轰击锂制备氚；当然，也贵的要死。（此次日本拟向太平洋排放的核废水中就含有大量的氚）。

目前所用的氘核聚变，主要应用氘氚二核的聚变反应，如以下公式所示：

则一个氚核和一个氘核聚变，会生成一个氦核和一个中子，同时放出约17.58MeV的能量。

一个氘核的质量约为2.014u，一个氚核的质量约为3.018u，1u约为1.66*e^-24g。那么1g氘核：氚核反应物中大约各有1.2*e^23个氘核及氚核。则对1g氚和氘，则能够释放出17.58*1.2*e^23MeV约为2.1*e^24MeV的能量。

关于能量的单位，'MeV'和'焦耳'之间满足以下换算关系：

所以，最后可以得到，1g氘和氚完全聚变大约能释放出3.36*e^11焦耳能量。

再看看核裂变，以铀235举例。假设铀235裂变产物为锶和氙，反应方程如下：

同时，铀235裂变还会产生几个中子，以及差不多200MeV的能量。一个铀235的质量约为235u，那么1g铀235中大约有2.56*e^21个核子。则对于1g铀235，则能够释放出200*2.56*e^21MeV约为5.12*e^23MeV的能量，大约为8.19*e^10焦耳。

我们可以查到，1kg标准煤燃烧所释放的热量为2.93*e^7焦耳，也就是说2.8吨标准煤燃烧所释放的热量量才等于一克铀235完全裂变所释放的能量。如果把对比物换成木柴就更令人咋舌了，需要将近7吨的木柴完全燃烧才能够等同于一克铀235完全裂变所释放的能量。

可以看到核裂变释放的能量是巨大的，一座普通的核电厂，一年只需几吨铀-235材料，就能满足全年的发电需求。比如我国秦山核电站，年发电量约500亿千瓦时，每年消耗的铀-235在5吨左右，对应的高浓缩铀体积大约是1/4立方米，但是核电厂采用的是低浓缩铀。但是从质能转化上看，核裂变的质能转化效率是很低的，一克铀-235释放能量8.2*10^10焦耳，亏损质量可以根据质能方程得出：

△m=E/c^2≈0.0009克；

亏损率为：

η=△m/m=0.09%;

而氢元素的核聚变反应中，质量亏损率为0.7%，效率比核裂变高了十多倍；铀-235在地壳中的含量非常有限，但是氢的同位素在海水中大量存在，这也是各国着重研究可控核聚变的原因。

那么地球上的铀够人类使用多久呢？

地球上的铀是不可再生的，用一点就少一点。目前全世界已探明的铀大概是700多万吨，其中铀235的占比约为0.7%，如果按照目前人类的平均使用量来计算，那么这些铀矿中的铀235只够支持人类使用80年左右。人类又对铀238打起了主意（铀238的占比约为99.3%），提出了“快中子增殖反应堆”技术，简单来讲，这种技术就是将一个中子打进铀238的原子核，然后铀238就会变成容易发生核裂变的钚239，这样就可以用于后续的核能发电了。

根据科学家的估算，在“快中子增殖反应堆”技术成熟之后，人类对铀的使用率可以提高50倍，据此我们可以乐观地估计，地球上已探明的铀足够人类使用4000年左右，当然了，如果加上未探明的铀，这个时间还应该再长一些。以上所述只是地球陆地上的情况，实际上，在地球海洋中的铀储量更加可观，测量数据显示，平均每升海水中就含有3.3微克的铀（主要以三碳酸铀酰络离子的形式存在于海水中），其总量高达42.9亿吨。

可以想象的是，假如人类在未来能够掌握从海水中大量提取铀的方法，地球上的铀就足够人类使用好几万年，甚至好几十万年。但是，从人类文明发展的角度来看，地球上的铀是远远不够的，正因为如此，我们才期待着更高阶的核能——可控核聚变。与核裂变相比，核聚变的质能转换率提高了大约518.5%，并且核聚变所需要的燃料是氢，而氢是宇宙中丰度第一的元素，占据了宇宙质量的73.9%（这里的质量单指普通物质，不含暗能量和暗物质），对于人类而言，氢元素几乎可以说是取之不尽，用之不竭。

参考来源：中科院物理所公众号 搜狐网