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在元素周期表中,铁前面的元素可以通过聚变释放能量,铁后面的元素可以通过裂变释放能量。只有铁不管是聚变还是裂变都要吸收能量。所以理论上,除了铁,其他都可以做核燃料,很多都不能用,因为人类技术目前还达不到。

从以下两个方面回答这个问题。

1.为什么这些元素的同位素可以用来制造核燃料,而其他同位素却不能?

在东北,我问“你和你那两个哥们关系怎么样?”,

“老铁”

“那它到底有多铁?”

"……"

在物理学中,原子核可以看作一个小群体,原子核中的每一个原子核都是群体中的好兄弟。物理学中有一个术语,用来描述群体关系有多铁。术语——结合能。专业说法:原子核是由核力连接在一起的原子核组成的。要分开他们(挑拨兄弟关系),需要外部能量(需要努力),这是原子核的结合能。这里要说明一下,核力也是一种强相互作用力,作用距离短(所以远处的原子核感觉不到),作用力强(因为铁,大部分原子核不能裂变)。

当然,组成原子核的原子核越多,它的结合能就越高。也就是人多力量大。因此,比较平均比结合能是有意义的,即原子核的结合能与原子核数的比值,也称为平均结合能。比结合能越大,小群体中哥们之间的关系越强,核内核子之间的结合越强,即核越稳定。

如图所示,原子序数排中间的原子核平均比结合能最大,铁最大,两端较小,这也是为什么轻核聚变采用重核裂变的原因。

2.核燃料只有铀和钚吗?

“燃料”这个词很常见。只要是能发生氧化还原反应,并在此过程中放出热量的物质,都可以成为燃料。核燃料的概念也类似。核燃料是指能够在核反应堆中通过核裂变或核聚变产生实用核能的物质。因此,不仅U-233、U-235、Pu-239、Pu-241等裂变元素可以成为裂变核燃料,氘、氚等聚变核燃料也可以。但是,聚变技术目前还没有应用到核能发电领域。

值得注意的是,以上都是狭义的核燃料。从广义上讲,钍232和铀238也是核燃料,因为钍232和铀238吸收中子后可以分别形成铀233和钚239。随着富铀矿藏的减少,钍-232被用来吸收中子,变成钍-233,然后通过衰变(半衰期为23.3min)变成可裂变的铀-233。这种方法无疑是在找到更合适的新能源之前,应对低价铀资源枯竭的新途径。

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