這種棕色的巖石可以在未來幾十年為世界提供電力，并且實現零排放。盡管這個結論是有爭議的，但這是事實。據估計，僅憑美國自己的能用于

這種棕色的巖石可以在未來幾十年為世界提供電力，并且實現零排放。盡管這個結論是有爭議的，但這是事實。據估計，僅憑美國自己的能用于產生清潔能源的這種物質的儲備，就可以用這種清潔能源為其全部人口供電 1000 多年。這種物質儲備最多的國家并不是美國，而是印度。總的來說，它存在于世界各地的許多地方。

那么這種巖石是如何為地球提供動力的呢？其實，這不是巖石本身，而是在這塊巖石中發現的釷元素。

愛因斯坦著名的方程式 E=mc2 表明質量意味著大量能量，這塊巖石中含有大量釷，可以通過核過程將其轉化為能量。現在你可能會說，核能既糟糕又危險。嗯，但這可能將是過去的事了，特別是當使用不同種類的核燃料時，如有了釷，它的危險性就會大大降低。

在可預見的未來，我們如何提取這種近乎無限量的能源來解決我們的能源需求？為了理解這一點，讓我們回顧一下核電站是如何工作的，以及釷如何改變游戲規則，并轉變我們對核能的成見，原則上核能是安全的，對環境影響很小甚至沒有。馬上就要出現了……

我在 Magellan TV 上觀看個視頻后受到啟發，這個視頻回顧了導致 2011 年災難的事件，并展示了來自機器人在受污染的發電廠內拍攝的鏡頭。

我認為即使是愛因斯坦也沒意識到他的質能等效原理對世界的巨大影響。這一原理來自狹義相對論，是愛因斯坦在1905年提出的。簡單來說就是，當一個較重的原子分裂成兩個較輕的原子時，會釋放很多能量。

例如，被稱為 U-235 或 U-235 的鈾同位素這種裂變材料，如果你以合適的速度用中子撞擊它，它會分裂成兩個較輕的原子，如鋇 141 和氪 92 加上 3 個中子。然后這些中子可以繼續撞擊其他 U-235 原子，這些原子又可以分裂成兩個較輕的原子和一些額外的中子。通過這種方式，可以導致連續的連鎖反應，產生越來越多的能量。

這種能量是如何產生的？讓我們看看這個裂變的過程，如果我們考慮鈾 235 的質量加上撞擊它的一個中子，方程式的左邊我們得到 236.053 的統一的原子質量單位。但是現在如果把方程右邊的質量加起來——鋇 141、氪92 和 3 個中子，我們得到的原子質量只有 235.867。差異的質量去哪兒了？這個質量正好符合愛因斯坦的方程，它變成了能量。

現在的問題是，這部分質量最初是從哪里來的，為什么它可以轉化為能量？這就是與強核力相關的結合能。在這種情況下，結合能是指破壞原子核中質子和中子之間的鍵所需的能量。換句話說，這個能量使質子和中子在原子核中如此緊密地結合在一起，。這來自宇宙的基本力量之一，稱為強核力。這種使質子和中子結合在一起的力或表現為一部分原子的質量。因此，當核分裂開時，會損失一些質量，因為將核結合在一起所需的能量更少。這就是轉化為能量的質量的來源。

結合能是指打破核鍵所需的能量。打破原子核鍵所需的能量越多，原子的結合能就越高。

具有較高結合能的原子比具有較低結合能的原子更穩定。當從較低的結合能變為較高的結合能時，會釋放能量。釋放的能量就等于核裂變過程中釋放的結合能的差異。鈾的結合能比鋇和氪的結合能低。當鈾分裂時，系統的整體結合能增加。這意味著氪和鋇比鈾處于更穩定和更低能量的狀態。在進入這種更穩定的能量狀態時，能量被釋放。

但是你可能會問，0.186 個原子質量單位的差異能帶來多大能量？答案是很多！大約是 1.73 億電子伏特或MeV。相比之下，當你燃燒紙張或化石燃料時，燃燒中消耗的每個碳原子都會釋放大約 4 eV。

因此，具有 1.73 億電子伏特的核過程，每個原子釋放的能量是燃燒汽油或汽油等化石燃料的 4000 萬倍！一般來說，1 公斤鈾 235 相當于約 270 萬公斤煤當量，具體取決于燃燒設備和煤的類型。

需要注意的是，U-235 也可以分裂成其他原子，例如 Barium-144 和 Krypton-90 加上 2 個中子，它們會釋放更多的能量，大約 200 MeV。核電站在許多方面就像燃煤電廠一樣工作。

您可以燃燒一些燃料來加熱水并將其轉化為蒸汽。再由蒸汽輪機驅動發電機發電。蒸汽再次冷凝成水，然后重新加熱，變成蒸汽，繼續這個過程。但是核電站在加熱水的方式上與燃煤電站完全不同。在燃煤電廠中，您有一個通過燃燒煤來加熱的鍋爐，您需要不斷地將煤送入熔爐。核電站更復雜，技術更先進，但概念仍然相當簡單。在核電站的核心內部，有包含核燃料的燃料棒。例如是含有 U-235 的鈾。在燃料棒內部，鈾發生了非常高能的分裂，因此能量以熱的形式產生。在燃料棒周圍，水受熱會變成蒸汽，然后這些蒸汽會進入蒸汽輪機，蒸汽輪機驅動發電機發電。

現在您可能想知道，如何控制鏈式反應以使該反應堆不會變成原子彈？整個反應鏈條由控制棒控制，調節控制棒就能控制反應堆產生的熱量。如果需要關閉反應堆，只需將控制棒完全插入反應堆，這可以停止鏈式反應。

控制棒是如何控制鏈式反應強度的呢？控制棒由一種非常擅長吸收中子的材料制成，它們會吸收在傳播鏈式反應的核反應中產生的額外中子。因此，當控制棒全部吸收這些中子時，鏈式反應將無法繼續，反應就停止了。

在核裂變的過程中因為沒有什么東西像燃煤電廠那樣燃燒，因此沒有碳排放。所以核電站的運行是完全綠色的，這對地球環境保護來說是一件好事。我們從核電站的冷卻塔中看到的巨大羽流不是污染，而只是將蒸汽轉回水的冷凝過程中產生的水蒸汽。

所以熱量被釋放到大氣中，而不是二氧化碳或其他溫室氣體。

現在應該注意的是，核能并不是完全可再生的，可以說還是會消耗燃料。燃料 U-235 被轉化為核廢料，如氪、鋇或元素周期表中的其他元素。因為這些元素無論如何都是自然存在的，這原則上是好的。然而問題是這些核廢物通常是這些元素的放射性同位素，我們必須小心這種廢物，因為它可能因輻射而對人類造成危險。然而，這并不是將其用于核燃料的最大問題部分，因為這些廢物的半衰期通常很短，對于最嚴重的裂變廢物來說，在幾天到 30 年之間。所以這些廢物大部分會在幾年內變成穩定同位素，變得相對安全。

使用鈾作為燃料的更大問題是，它們還會通過嬗變產生許多其他廢物。嬗變是當一種元素吸收質子或中子并變成不同的元素時。例如，當我們從地球上開采鈾礦石時，主要是富含鈾 238 鈾礦，鈾 238不能分裂進行裂變。鈾礦中只有不到 1%、約 0.7% 的天然鈾是可裂變鈾 235，可裂變為核電站提供動力。這也是必須對天然鈾進行濃縮的原因之一。濃縮結果最終得到至少百分之幾的鈾 235。這個過程成本很高，但不可省略。這也意味著核反應堆中的大部分鈾燃料是鈾 238，而不是 U-235。這種 U-238 吸收中子，但不會將中子分解，而是轉化為更重的元素，如钚和镅。問題是這種钚元素毒性很大，它還可以用于制造核武器。

當今很多人反對核電站就是這個原因，即廢物產生的钚可以用來制造大規模殺傷性武器。歸根結底，大部分由 U-238 嬗變產生的較重元素不僅有害，而且半衰期長。

這意味著我們最終不得不將這些數百年甚至數千年的廢物儲存起來，確保安全。核廢料儲存的大問題，也是人們不喜歡核電的一個重要原因。

但釷不同。釷是第 90 號元素，是比鈾（元素 92）稍輕的元素。

首先，它比鈾豐富得多。事實上，地球上的釷是鈾的 3 倍多。

我們擁有更多的釷的一個原因是因為它比鈾更穩定，半衰期為 140 億年，而最穩定的鈾的半衰期為 45 億年。所以釷會在蛻變之前存在更長時間。不僅如此，我們還可以更有效地使用釷作為燃料。據測算，1噸釷可以生產與200噸鈾同樣數量的電力。

這是因為即使是濃縮鈾也只含有大約 3-5% 的 可裂變的U-235。剩下的 95-97% 不僅變成肥料，而且還經歷了蛻變后，變得更加危險。而對于釷，幾乎可以將所有釷用作燃料。另一方面是開采釷也更安全、更高效。這是因為含有釷的棕色礦石獨居石比同等鈾礦石的濃度更高。所以，釷不需要昂貴的富集過程。

現在你可能會問，這是什么神奇的物質，我們為什么不用它？嗯，有一些問題。首先，釷雖儲藏豐富但卻不是可裂變的。換句話說，你不能把它分成兩部分來制造能量。那那我們討論它的意義何在？好吧，它仍然可以使用。只是釷的使用方式必須與傳統的鈾燃料核電站不同。為了讓它發揮作用，我們需要使用所謂的繁殖反應器。

這是一種用非裂變材料制造自己的燃料的反應堆。讓我們看看其原理，從自然界的釷 232 開始。

然后你用一個中子源轟擊釷232，添加一個中子得到釷 233。這個同位素不是很穩定，通過弱力它會經歷一個β負衰變，它的原子核中的一個中子變成一個質子，變成Protactinium-233。這種同位素也不穩定，將再次經歷β負衰變并轉變為鈾233。

我們從釷開始，又創造了鈾？這不是我們試圖避免的嗎？事實上，就像我們在鈾燃料反應堆中使用的鈾 235 一樣，鈾 233 也是可裂變的，我們可以拆分它并產生大量的能量。讓我們重新回顧一下，在鈾反應堆中，核廢物問題并不是真正來自分裂鈾 235，因為裂變的廢物產物縮短了相對論的半衰期容易處理。

導致問題的是鈾礦中大量U-238 的嬗變。

與 U-235 一樣，鈾 233 也會產生相對安全核的廢料。

但不同的是，對于釷來說，幾乎所有的釷最終都會在裂變過程中用完，很少有像在鈾反應堆中U-238 最終會轉化為具有放射性且長期對人體有害的镅和钚。這是相對傳統鈾核電廠的巨大改進。

現在世界并不理想，釷也不那么完美。在這個過程中，一些釷變成了 Uranium-232 而不是 Uranium-233。Uranium-232 通常不會裂變。而變成了一種污染物，具有很強的放射性毒性，因為它會在衰變過程中發出非常高能量的伽馬射線，這對人類有害。

所以必須小心處理。一個積極的方面是含有鈾 232 污染的釷乏燃料棒不適合制造核武器。所以這些反應堆可以和平利用，而不淪為制造武器級核材料的工具。

如果釷如此出色，為什么不是每個人都建造這些反應堆呢？答案是技術和政治。首先，設計和建造任何類型的商業核電站，包括釷核電站，都是困難且昂貴的。政治上至少有兩個問題。首先，很難讓公眾相信這些工廠是安全可靠的，因為過去幾十年世界見證了日本福島、烏克蘭切爾諾貝利和美國三英里島的災難。其次，由于釷公司不生產可用于核武器的軍用級產品，因此沒有得到太多政府資助，尤其是在冷戰時期。

但從積極方面來看，就像許多事情一樣，中國領先于其他所有人，去年完成了一個新的釷試驗反應堆，并且正在大力投資釷作為未來的能源。可能在2030年前建成一個釷核電站。最終，我們人民將決定選擇什么。

世界上有大量的釷礦儲備。其中印度最大，美國次之。僅此兩者，就足以為世界提供一千多年的動力。希望對這一個老話題有一些新的認識，重新考慮核能作為我們日益增長的能源需求的解決方案。