地球上那么多重元素，为什么只能用铀和钚来做核燃料？

人类的生存离不开能源的供应。我们通常使用的只是化学反应释放的能量。从微观上看，化学反应只涉及原子的外层电子，而更强大的能量隐藏在原子核中，这就是所谓的核能（也叫原子能）。

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人类获得核能的方式主要有两种，即核聚变和核裂变。简单来说，核聚变就是把几个轻原子核“捏”在一起，而核裂变就是把重原子核“分开”。

就目前的情况来看核燃料是做什么的，虽然人类还不能有效控制核聚变释放的能量，但人类对核裂变的应用却收效甚微。迄今为止，人类已经建造了数百座核裂变基础核电站，但这些核电站使用的核燃料都是铀和钚。

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那么问题来了，为什么地球上只有铀和钚可以用作核燃料呢？其他元素呢？下面就来聊聊这个话题吧。

原子核由质子和中子组成。对于反物质，原子核由反质子和反中子组成。我们将这些构成原子核的粒子统称为“核子”。原子核中所含的“核子”“越多，其质量越大，但科学家们发现，不同元素的原子核的“核子”的平均质量是不同的。

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在所有已知元素中，铁核“核子”的平均质量最低，而其他元素“核子”的平均质量随着原子序数的增加而增加（原子序数大于铁）或减少（原子序数小于铁）并逐渐增加。

这意味着如果原子序数低于铁的原子核发生核聚变，或者原子序数高于铁的原子核发生核裂变，就会有质量损失，这些耗尽的质量会转化为能量，可以用爱因斯坦的质能方程“E=mc^2”来描述。

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虽然理论上来说，只要比铁原子序数更大的原子核可以通过核裂变释放能量，但由于技术水平的限制，人类无法随意操纵原子核大小的物质，所以人类只能选择核裂变难度最低的元素作为核燃料，大概需要满足以下条件。

【为什么只能用铀钚做核燃料，为什么只能用铀做核裂变】1、原子核要够大：原因很简单，“核子”越多原子核所含的越多，越不稳定，越容易发生核裂变，释放的能量也越多，所以最好选择元素周期表中的锕系元素。

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2、可大量获取：锕系元素包括锕、钍、镝、铀、镎、钚、镅、锔、铍、锎、锶、锶、锶、钌、钇等15种元素其中，自然界中只有锕、钍、镤、铀、镎和钚，其他只能人工合成。可以看出，单是这个条件就淘汰了很多核燃料“候选者”。

3、可以长期稳定存在：锕系元素都是放射性元素，会自发衰变。显然，半衰期太短的元素不适合用作核燃料。

4、 能够自持链式裂变：我们一个一个地“分裂”原子核是不现实的，所以我们最好只提供一个开始的步骤，然后是核燃料核聚变可以连续发生并释放能量而不需要外部能量。

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如上图所示，一个原子核裂变后会释放出若干个中子。如果这些中子的数量和能量足够高，就有可能引发其他原子核的裂变，称为“自持链裂变”。

5、核燃料的裂变过程必须是可控的，否则……

在所有已知元素中，只有铀235和钚239可以同时满足以上所有条件。也正因为如此，人类目前只能使用铀和钚作为核燃料。

另外，虽然自然界中的钚 239 很少，但可以通过人工核反应大量合成钚 239。总之，我们可以人为地在铀238核中捕获一个中子，然后核发生β衰变，在短时间内转化为钚239（以镎239为中间体）。

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总而言之，不是地球上的其他元素不能用作核燃料，而是人类还没有掌握相应的技术。但是可以想象，随着人类科技的不断进步，核燃料将不会局限于某些特定的元素。或许在不远的将来核燃料是做什么的，人类甚至可以直接使用随处可见的石头作为核燃料。