鈾235，|kg裂變能相當4000噸標準煤，相當25萬人做一天的工，相當1億度電伏特能，相當於4000公升汽油，相當2000kgTNT。所以說金屬鈾是相當寶貴的資源。

1克鈾-235完全裂變所產生的能量，相當於多少噸標準煤完全燃燒所產生的能量？

一克鈾-235大約需要數百億年才能徹底釋放其能量，因為一克鈾並不能以鏈式反應的方式產生裂變，原因是它的無法達到臨界質量，不過可以只用來計算每一克鈾釋放的能量，那麼它到底有多大呢？

鈾的能量是透過重元素裂變所釋放的，有比較簡便的計算經驗計算方式，或者採用每摩爾鈾-235原子的數量，再按單個原子裂變的產生的能量計算，兩種都差不多，我們可以簡單做個計算！

簡便計算

U-235裂變時質量虧損大約為0.0946%，也就是1克鈾徹底裂變後質量會減少0.0946%，這些減少的質量會被徹底轉換為能量，儘管它產生的質量變化極小，但以質量轉變為能量的計算方式是愛因斯坦的質能轉換：

E=mc²

c為光速，m為質量，單位為千克，因此一克鈾-235徹底裂變所產生的能量大約是：

85,022,239,908.5J

另一個方式是按每一鈾原子裂變的能量來計算，鈾-235裂變大約能產生207MeV的能量，1克鈾235大約為0.004255摩爾，而一摩爾鈾大約是6.0221415 × 10^23個鈾原子，那麼總共有2.562 × 10^21個原子！1Mev大約為：3.312×10^-11J，那麼全部裂變產生的能量為：

84,838,950000.0J

兩者大約相差0.21%，主要是四捨五入造成的，不過經驗公式已經很精確了，畢竟這是粗略計算，算個大概也就差不多了哈！

這些能量大約相當於多少標準煤呢？1噸標準煤的熱值大約為29270MJ，那計算得約為2.9噸標準煤！大概一拖拉機不到一點（超載），所以各位可以想象一下，1克鈾-235而已，如果全面普及它將減少多少汙染排放呢？

從理論上來看，無論是多少鈾都能裂變，只要持續不斷朝它轟擊熱中子即可，但問題是能讓鈾-235裂變的熱中子源成本是很高的，用這種方式取得的裂變能源得不償失！這個難題完全可以用另一種方式來解決：鏈式反應！

這種方式的原理很簡單，即一顆鈾原子在受到熱中子轟擊後會裂變成氪-92和鋇-141，並且釋放出2-3箇中子，這些多餘的中子經過減速劑減速後又能讓其它鈾原子裂變，變成自持裂變！而且還可以用中子吸收的控制棒來吸收這些多餘的中子，控制核反應堆的整體輸出能量，做到鏈式反應速度可調，那就是一個完美的核反應堆了！

不過中學課本中就有說明，原子內部的空間是非常空曠的，原子核就相當於萬人體育場中間的籃球，在幾公里外的位置向體育場扔一個籃球，要命中這個籃球的機率幾乎等於0，那麼怎麼辦呢？既然一個體育場扔不中，那麼就用無數個體育場，扔出去總有一個會碰到的！

這些無數個原子構成的原子籃球場，每次扔一定會命中一個的總數就是裂變材料的臨界質量，簡單的說就是達到這個質量後，就比較容易產生自持裂變了！比如鈾-235的臨界質量是52千克，但很多資料中稱是15千克！其實也沒錯，那是加上了中子反射層後的臨界質量，那樣就能將飛出核材料外的中子反射回來繼續參與裂變！

聽上文的介紹，核裂變是一種幾乎完美的能量，它可以裂變，只要足夠的核材料，只要啟動下就能自己裂變，還可以用控制棒改變輸出能量，一克鈾就有2.9噸標準煤，這還不夠完美嗎？從這個角度來說卻是完美無瑕，但它有兩個致命缺點！

能裂變的鈾-235很難取得

鈾在自然界的儘管比較少，但它巨大的能量促使人類挖空心思去找鈾礦，當然不僅是能源的誘惑，還有製造原子彈的需求，人類最初利用鈾能量的原動力就來自於武器！在地球上鈾礦還是不少的，鈾的分離也不難！

但天然鈾中絕大部分都是難以裂變的鈾-238，可以裂變的鈾-235大約只佔0.72%左右，而一般的輕水堆中對核燃料的要求比較高，核武器級的鈾-235要求就更高了，怎麼也得90%以上吧！但238和235是鈾的同位素，化學性質沒多少差別，所以分離非常困難！

離心機結構

但因為兩種同位素相差3箇中子的質量，因此在大規模的235分離中，大都使用六氟化鈾的氣體離心分離法！這個分離方式原理很簡單，利用兩種同位素的密度差異，逐級分離濃縮，但因為兩者密度相差極小，因此離心分離需要很多級才能達到足夠的濃度，能量消耗極大，裝置製造也比較困難！

離心機陣列，這裡有多少數量？又有多少沒在畫面中的？

增殖堆的出現讓鈾利用率大幅增加

在核反應堆中，會有大量的多餘中子被控制棒吸收用來控制反應堆輸出功率，這些中子就被白白浪費了，而我們知道，元素在吸收中子後會不穩定，產生β-衰變，釋放出一個電子和一個反中微子後衰變成質子，也就是變成另一種元素！

鈾-238的增值反應過程

這就是增殖堆的原理，如果將鈾-238利用起來的話，預計核燃料的消耗將在目前的規模上擴大十倍不止，人類的能源保證將達到千年甚至更久！

鈾的裂變以及產物的衰變和增殖過程

放射性汙染無法處理

核裂變之後的元素大都具有放射性，它們會繼續衰變，一直到穩定元素，而這個週期短則數天，長則萬年甚至更久，因此核反應堆中每年都有大量的裂變過（並未100%利用），輸出能量下降的核廢料需要處理，而我們人類並沒有特別好的方法，只能暫時將它們收集起來，然後集中堆放在某個深深的地下巖洞中！

1957年蘇聯東部烏拉爾山脈的深處，發生過歷史上最早，級別排名第三的“克什特姆核事故”，當時對核廢料的特性以及處理方式認識不足，一直只是將核廢料儲存在密封的鋼製容器中埋入了地下，澆上了一層薄薄的混凝土。

1957年9月29日晚，由於年久失修，冷卻系統出現故障，核廢料的放射性衰變的能量產生了大量的蒸汽，整個掩埋區發生了爆炸，幾十噸的鋼製罐子撕裂拋灑，核廢料撒得到處都是，據估計當時的能量大約相當於70-100噸TNT的當量，大量的放射性塵埃被排入大氣層！

這些放射性物質隨著大風飄散，讓車里雅賓斯克州，斯維爾德洛夫斯克州和秋明州的部分地區都暴露於放射性汙染下，影響面積達52000平方公里，留下了一條長長的帶狀地帶！史稱東烏拉爾放射性痕跡”！

核裂變的原理

U235+中子=鋇138+氪95+3箇中子

這是鈾裂變方程式，利用中子去撞擊鈾235，從而產生能量，併產生更多中子，形成鏈式反應。

1千克鈾235大約是2.562*10^24個原子，而鈾235每裂變一次能釋放出200MeV的能量，約相當於1.6*10^–13J能量，於是1千克鈾235完全裂變釋放能量就是81970MJ。

1噸標準煤充分燃燒放出熱量29270MJ。

因此，簡單計算，1千克鈾235完全裂變釋放出來能量相當於2800噸標準煤完全燃燒放出的熱量。

有這樣一個說法：核聚變所產生的巨大能量就相當於濃縮鈾所需要的居大電能（鈾濃縮需要數臺離心機連續工作才能完成！）

1克鈾所含的能量相當於2噸石油或3噸標準煤燃燒所含的能量。與石油和煤不同，核燃料是可回收的，在增殖反應堆中，實際上產生的燃料比用完的多。由於這些原因，核能是目前為現代工業經濟提供動力的最佳手段。 核電廠利用受控的核裂變鏈式反應(即分裂原子)來加熱水併產生蒸汽來驅動渦輪機，從而發電。

核能通常被稱為“清潔”能源，因為發電廠不會釋放溫室氣體或其他氣體。隨著世界各國尋求低排放能源，必須權衡核電的好處與執行風險以及儲存乏核燃料和放射性廢物的挑戰。 自從1954年在俄羅斯奧布寧斯克建造第一座反應堆以來，全世界已經建造了667座反應堆，儘管目前只有440座在執行，其中95座在美國。截至2020年4月，55座反應堆正在建設中，其中4座在美國，12座在中國。

2017年，美國生產了全球近三分之一的核電。法國、中國和俄羅斯是核能發電量第二至第四的國家。 壓水堆和沸水堆是最常用的技術。三分之二以上的反應堆是壓水堆。 能源的平均成本包括電廠建設、執行、維護和加油的終生成本。預計近期建成的電廠LCOE為:天然氣:3.81/千瓦時；核能:7.49/千瓦時；生物發電:9.48/千瓦時。

大多數核反應堆使用“濃縮鈾”，這意味著燃料中鈾-235 同位素的濃度更高，更容易分裂產生能量。鈾礦開採時，鈾-235的平均含量不到1%。 碾磨和濃縮過程粉碎礦石，用溶劑提取氧化鈾(即黃餅)，並將其化學轉化為六氟化鈾)，其被富集以增加燃料中的鈾-235濃度。最後，轉換製成濃度為3%-5%的鈾-235顆粒粉末。 鈾可以透過氣體擴散或氣體離心來濃縮。兩者都從主要含有鈾238的氣體中濃縮稍輕的鈾235分子，前者用薄膜過濾器過濾，後者透過旋轉過濾。其他技術目前正在開發中，鐳射濃縮工藝最接近商業可行性。

最大的鈾礦在澳大利亞(佔世界30%)、哈薩克(14%)、加拿大(8%)和俄羅斯(8%)。 從全球來看，2020年核能反應堆需要68240噸鈾。 核燃料迴圈是生產、使用和處置鈾燃料的整個過程。為一座10億瓦的核電站供電一年可能需要開採20，000-400000噸鈾礦石，將其加工成27.6噸鈾燃料，並處置27.6噸高放射性乏燃料，其中90%(按體積計)為低放射性廢物，7%為中等放射性廢物，3%為高放射性廢物。 一個鈾燃料小球包含相當於一噸煤的能量。典型的反應堆容納1800萬個小球。

一克鈾的完全裂變釋放的能量相當於約2.9噸標準煤。 鈾的能量透過重元素的裂變釋放。 有一種相對簡單的計算和經驗計算方法，即每摩爾鈾中-235個原子的數量，那麼原子裂變產生的能量計算對於兩者來說都是相似的，我們可以做一個計算！

U-235裂變期間的質量損失約為0.0946％，這意味著在1克完全裂變的鈾之後，質量將減少0.0946％。 這些減少的質量將完全轉換為能量。 儘管它產生的質量變化很小，但已轉換為質量。 計算能量的方法是愛因斯坦的質能轉換：

E =mc²，c是光速，m是質量，單位是千克。因此，一克鈾235的完全裂變產生的能量大約為：85022239 908.5J

另一種方法是計算每個鈾原子的裂變能。鈾235的裂變可產生約207 MeV的能量。 1克鈾235大約等於0.004255摩爾，一摩爾鈾大約是6.0221415×10 ^ 23鈾原子。那麼總共有2.562×10 ^ 21個原子！ 1Mev約為：3.312×10 ^ -11J，那麼任何裂變產生的能量為：84 838 950 000.0J

除了從核裂變中釋放出巨大的能量之外，還存在令人噁心的放射性汙染。

核裂變幾乎是完美的能量。 它會裂變。 只要有足夠的核材料，只要它被啟用，它就能自我分裂。 也可以使用控制欄更改輸出能量。 一克鈾包含2.9噸標準煤，這還不夠。 完善？ 從這個角度來看，它是完美的，但是它有兩個致命的缺陷！

裂變鈾235很難獲得。 儘管鈾的性質相對較小，但其巨大的能量卻使人類花費大量時間來挖掘鈾礦。 當然，這不僅是能源的誘惑，而且是製造原子彈的需求。 人類首先使用了鈾的能量。 主機來自武器！ 地球上仍然有許多鈾礦，鈾的分離並不困難！

但是，天然鈾的絕大部分是238鈾，很難裂變。 易裂變鈾235僅佔約0.72％。 然而，輕水反應堆中的核燃料需求通常相對較高。 甚至更高，怎麼可能超過90％！ 但是238和235是鈾的同位素，化學性質差別不大，因此分離非常困難！

放射性汙染無法處理

核裂變後，大多數元素都是放射性的。它們將繼續衰減直到穩定元素。這個週期短至幾天，長達一萬年，甚至更長。因此，核反應堆每年都有大量的裂變，必須處理降低輸出能量的核廢料，我們人類沒有特別有效的方法，我們只能暫時收集它，然後將其集中在深地下洞穴中！

核能非常強大，但其放射性汙染與能量一樣強大。到目前為止，人類只能掩埋它。沒有更好的辦法。也許我們只能希望未來的核聚變！

作為一名核電從業者、核物理學習者科普下這個嚴肅的核物理問題，簡要的計算過程如下，也可以直接跳到文中答案：

1克鈾235約等於0.004255摩爾，每摩爾物質含有阿伏伽德羅常數個原子，即1克鈾235大約是0.004255乘以6.0221415 × 10^23等於2.562× 10^21個原子。

鈾235每裂變一次能夠放出約200MeV的能量，1MeV等於1×10^6 ×1e×1V，約等於1.6×10^-13焦耳能量，如果1g鈾235完全裂變放出的能量E就是：

2.562× 10^21×200×1.6×10^-13=8.197×10^10J=81970MJ。

至此，得出1克鈾-235完全裂變所產生的能量為8.197×10^10J即81970MJ能量。

1kg標準煤充分燃燒放出的熱量為29.27MJ，1噸標準煤放出的熱量就為29270MJ，所以1g鈾235完全裂變放出的能量相當於2.8噸標準煤完全燃燒放出的熱量。

當然不是的，這個問題回答到以上是結束了，但是並不符合實際工程應用。

在核工程中，民用反應堆鈾235的富集度不會超過5%，鈾燃料也不是以鈾235原子形式存在，而是以二氧化鈾的形式存在的，相當於1克的鈾235會配套約19克的其他物質（大部分是鈾238和氧）。

鈾235原子吸收中子後也不會全部發生裂變，也有可能發生輻射俘獲反應，相當於這部分原子雖然吸收了中子，也參與了核反應，但並不是我們要求的核反應，工程計算時需要考慮俘獲裂變比，這些都是在核工程計算中需要考慮的因素，因此實際工程中放出的熱量也比理論計算值要小，而且1g的鈾也是無法達到最小臨界質量的，因此實際中1g鈾是無法利用取暖過冬的。

PS：每次核裂變放出的能量是這樣計算的：

以中子和鈾235反應生成銫140和銣93並且放出3箇中子為例，核反應前中子數加質子數為1+235=236，反應後生成物的的中子數加質子數和為140+93+3=236。

圖釋:上圖也為裂變反應的一種

也就是說核反應前後中子數和質子數的和是不會發生變化的，只是經過核反應後相當於有幾個中子變成了質子，中子的質量是大於質子質量的，因此發生了質量虧損，在這個反應中大約虧損了0.200509amu，amu為一個原子的質量單位，定義為碳12元素原子質量的1/12，即1.66053886×10^-27kg。

因此放出的能量就為E=MC²=0.200509*1.66053886×10^-27 *（2.99792458×10^8）²=186.8Mev

,由於反應產物不止銫140和銣93這一種形式，因此每次裂變放出的能量也是不一定的，通常選擇200Mev計算。

我對核的認識深深好奇，這種物質居然發出這麼巨大的能量，令人毛骨悚然！專業的資料實在搞不懂，只知道一克鈾完全裂變瞬間發出的熱量相當於3噸標準煤燃燒時的溫度，並且是一瞬間，零點幾秒鐘以內突然爆發。相當於2萬升汽油(即3萬斤汽油)燃燒時的能量，這是理論的演算法，事實上鈾要達到臨界質量才能裂變，臨界質量最少十幾二十幹克，一克鈾用火點怎麼都怎點不燃，用鐵錘使勁砸都砸不爆炸。

答：1克鈾-235裂變釋放能量，相當於2.8噸標準煤燃燒釋放的能量。

首先裂變是有臨界質量的，低於臨界質量的裂變材料，無法發生鏈式反應，鈾-235的臨界質量大約是25千克，所以鈾-235製成的核彈，存在最小質量。

如果我們不考慮臨界質量，只計算1克鈾-235裂變釋放的能量，那麼鈾-235的裂變反應方程式為：

其中200.55 MeV=3.2×10-11焦耳，也就是說一個鈾-235原子裂變，釋放能量為3.2*10^-11焦耳，於是可以計算出：

（1）一摩爾鈾-235原子，質量為235克；

（2）1克鈾-235原子，就是1/235摩爾，大約是2.56*10^21個鈾原子；

於是一克鈾-235裂變，釋放能量為：

E=3.2*10^-11*2.56*10^21=8.2*10^10焦耳；

可以看到核裂變釋放的能量是巨大的，一座普通的核電廠，一年只需幾噸鈾-235材料，就能滿足全年的發電需求。

比如中國秦山核電站，年發電量約500億千瓦時，每年消耗的鈾-235在5噸左右，對應的高濃縮鈾體積大約是1/4立方米，但是核電廠採用的是低濃縮鈾。

但是從質能轉化上看，核裂變的質能轉化效率是很低的，一克鈾-235釋放能量8.2*10^10焦耳，虧損質量可以根據質能方程得出：

△m=E/c^2≈0.0009克；

虧損率為：

η=△m/m=0.09%;

而氫元素的核聚變反應中，質量虧損率為0.7%，效率比核裂變高了十多倍；鈾-235在地殼中的含量非常有限，但是氫的同位素在海水中大量存在，這也是各國著重研究可控核聚變的原因。

這個問題其實其他兩個答主已經計算的非常清楚了，但是我們必須知道一點:這個問題的前提條件是必須更多鈾完成鏈式反應後平均計算下的能量，單單僅有1克鈾-235是不可能發生完全裂變的，因為其都沒有達到臨界質量。

什麼是臨界質量？我們必須從核裂變的原理說起，U235+中子=鋇138+氪95+3箇中子，這就是鈾裂變的方程式，簡單來看就是利用中子去撞擊鈾235，從而產生能量。

但問題是我們需要的是不僅僅是一個鈾核裂變，我們仔細看反應式會發現撞擊後仍有3箇中子的產生，這些中子因為有著巨大動量，因此可以作為碰撞其它鈾核的中子，所以我們就需要保證這些中子撞擊鈾核而不是飛出去，所以質量的大小就尤為重要，因此臨界質量就是指維持核子連鎖反應所需的裂變材料質量。

其它答主計算的已經很好了，簡單來說就是一個鈾235原子裂變釋放的能量是3.204e-11J，將一克鈾換成鈾原子數即可算出一克鈾裂變的能量。最後再與每公斤煤釋放的能量29307000J相比就能夠得出本題答案。

答案是2.8噸煤，(具體計算可自行計算或看其他答主)看起來這一克鈾的能量是真的大！但事實上如果按質量虧損來說也不過不到0.1%，而聚變則是它的幾乎10倍！所以聚變才是未來！

核彈問題問W君吧，首先是1克鈾-235這東西沒有！

從天然鈾礦中生產產的金屬鈾中鈾235的含量只有千分之7.2。需要透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，透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。基本上連優級純都到不了的。

不過這並不妨礙我們設想一克鈾-235完全裂變所產生的能量到底有多少。

這裡有一個很好的計算方式就是利用摩爾數計算原子重量的方法，一摩爾的鈾235重量為235.0439299克。那麼一克鈾-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有6.02214129E23個分（原）子。這樣我們就可以計算出一克鈾-235裡面有多少原子了。

答案是2.5621344E21個原子。

當中子命中鈾-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的原子在吸收中子後裂變可以釋放出202.5 MeV電子伏特的能量，相當於 3.2444077E-11焦耳的能量。

那麼我們使用2.5621344E21（鈾-235原子個數）X 3.2444077E-11（每個原子裂變產生的能量） 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。

這個能量相當於19.86噸TNT炸藥爆炸所產生的能量（一噸TNT當量=4.184×E9 焦耳）。

然而好玩的事情來了！煤這個東西結構成分複雜，不同的煤燃燒後所產生的熱量不一樣。既然題主說的是標準煤，那麼咱們就說國家標準煤吧，1千克國家標準煤燃燒釋放熱量為7000大卡。1大卡的能量為4184焦耳那麼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，是不是發現1克鈾-235相當於2.828噸煤燃燒產生的熱量有疑問呢？畢竟要產生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。例如使用原子彈。

當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，釋放的能量相當於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，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。

一公斤鈾裂變產生的能量相當於2500噸標準煤的燃燒量，我在高中時專門計算過，也只是約數。一焦耳約等於0.0015卡，與煤的燃燒值