1克铀235完全裂变所产生的能量，相当于多少吨标准煤完全燃烧所产生的能量？

　　核弹问题问W君吧，首先是1克铀-235这东西没有！
　　从天然铀矿中生产产的金属铀中铀235的含量只有千分之7.2。需要通过铀浓缩的手段做出浓缩铀。普遍上来看5%含量的浓缩铀就已经可以给核电站作为燃料使用了。而武器级的浓缩铀也仅仅需要90%的铀235的含量。
　　这是美国的气体铀离心机，通过这些一个个离心机罐子才可以将铀235逐渐的分离出来。饶是如此，美国的浓缩铀中铀235的含量也没有超过98%的。基本上连优级纯都到不了的。
　　不过这并不妨碍我们设想一克铀-235完全裂变所产生的能量到底有多少。
　　这里有一个很好的计算方式就是利用摩尔数计算原子重量的方法，一摩尔的铀235重量为235.0439299克。那么一克铀-235的重量就是0.00425452382摩尔，同时，我们又知道一摩尔的任何物质有6.02214129E23个分（原）子。这样我们就可以计算出一克铀-235里面有多少原子了。
　　答案是2.5621344E21个原子。
　　当中子命中铀-235的原子核的时候，铀-235会释放能量。我们将所有一克铀-235释放的能量加起来就是一克铀-235完全裂变所产生的能量了。
　　大量的实验和计算表明 一枚铀-235的原子在吸收中子后裂变可以释放出202.5 MeV电子伏特的能量，相当于 3.2444077E-11焦耳的能量。
　　那么我们使用2.5621344E21（铀-235原子个数）X 3.2444077E-11（每个原子裂变产生的能量） 就可以计算出一克铀-235原子所释放的能量了。
　　答案是：83126085757.9焦耳，也就是83126.0857579兆焦。
　　这个能量相当于19.86吨TNT炸药 爆炸所产生的能量（一吨TNT当量=4.184×E9 焦耳）。
　　然而好玩的事情来了！煤这个东西结构成分复杂，不同的煤燃烧后所产生的热量不一样。既然题主说的是标准煤，那么咱们就说国家标准煤吧，1千克国家标准煤燃烧释放热量为7000大卡。1大卡的能量为4184焦耳那么一吨煤所燃烧释放出的能量为 29288兆焦。
　　所以我们可以直接算除法了 83126.0857579/29288 =2.838 吨 煤 。
　　等等，是不是发现1克铀-235相当于2.828吨煤燃烧产生的热量有疑问呢？毕竟要产生1克铀-235裂变所达到的能量需要19.86吨TNT啊。
　　这就是炸药和燃料之间不同了，炸药可以在一瞬间释放所有的能量，而燃料则是在很长的燃烧过程中持续不断的释放能量，而且一般的燃料都比炸药能量高。
　　刚刚说的核材料纯度问题了，我们找不到1克的纯铀-235度，但可以使用更多的铀-235进行反应。例如使用原子弹。
　　当年投到广岛的原子弹＂小男孩＂中填充了45公斤的90%纯度的浓缩铀，在爆炸的时候有一公斤浓缩铀参与反应，释放的能量相当于2万吨TNT炸药爆炸释放出的能量。2万吨/19.86吨 = 1007.04934542克，这样也能基本验证了上面计算的正确与否。
　　从上面的例子来看45公斤的浓缩铀才铀1公斤参与反应，因此，1克完全裂变这事情和100%的铀-235一样也都只是一个理想状态。
　　作为一名核电从业者、核物理学习者科普下这个严肃的核物理问题，简要的计算过程如下，也可以直接跳到文中答案：
　　1克铀235约等于0.004255摩尔，每摩尔物质含有阿伏伽德罗常数个原子，即1克铀235大约是0.004255乘以6.0221415 × 10^23等于2.562× 10^21个原子。
　　铀235每裂变一次能够放出约200MeV的能量，1MeV等于1×10^6 ×1e×1V，约等于1.6×10^-13焦耳能量，如果1g铀235完全裂变放出的能量E就是：
　　2.562× 10^21×200×1.6×10^-13=8.197×10^10J=81970MJ。
　　至此，得出1克铀-235完全裂变所产生的能量为8.197×10^10J即81970MJ能量。
　　1kg标准煤充分燃烧放出的热量为29.27MJ，1吨标准煤放出的热量就为29270MJ，所以1g铀235完全裂变放出的能量相当于2.8吨标准煤完全燃烧放出的热量。 U235的威力如此之大，是不是弄几克铀裂变一下就可以度过一整个冬天了呢？
　　当然不是的，这个问题回答到以上是结束了，但是并不符合实际工程应用。
　　在核工程中，民用反应堆铀235的富集度不会超过5%，铀燃料也不是以铀235原子形式存在，而是以二氧化铀的形式存在的，相当于1克的铀235会配套约19克的其他物质（大部分是铀238和氧）。
　　铀235原子吸收中子后也不会全部发生裂变，也有可能发生辐射俘获反应，相当于这部分原子虽然吸收了中子，也参与了核反应，但并不是我们要求的核反应，工程计算时需要考虑俘获裂变比，这些都是在核工程计算中需要考虑的因素，因此实际工程中放出的热量也比理论计算值要小，而且1g的铀也是无法达到最小临界质量的，因此实际中1g铀是无法利用取暖过冬的。
　　PS：每次核裂变放出的能量是这样计算的：
　　以中子和铀235反应生成铯140和铷93并且放出3个中子为例，核反应前中子数加质子数为1+235=236，反应后生成物的的中子数加质子数和为140+93+3=236。
　　图释:上图也为裂变反应的一种
　　也就是说核反应前后中子数和质子数的和是不会发生变化的，只是经过核反应后相当于有几个中子变成了质子，中子的质量是大于质子质量的，因此发生了质量亏损，在这个反应中大约亏损了0.200509amu，amu为一个原子的质量单位，定义为碳12元素原子质量的1/12，即1.66053886×10^-27kg。
　　因此放出的能量就为E=MC²=0.200509*1.66053886×10^-27 *（2.99792458×10^8）²=186.8Mev
　　,由于反应产物不止铯140和铷93这一种形式，因此每次裂变放出的能量也是不一定的，通常选择200Mev计算。
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　　1克铀-235完全裂变所产生的能量，相当于多少吨标准煤完全燃烧所产生的能量？
　　一克铀-235大约需要数百亿年才能彻底释放其能量，因为一克铀并不能以链式反应的方式产生裂变，原因是它的无法达到临界质量，不过可以只用来计算每一克铀释放的能量，那么它到底有多大呢？
　　一克铀彻底裂变释放的能量相当于2.9吨标准煤
　　铀的能量是通过重元素裂变所释放的，有比较简便的计算经验计算方式，或者采用每摩尔铀-235原子的数量，再按单个原子裂变的产生的能量计算，两种都差不多，我们可以简单做个计算！
　　简便计算
　　U-235裂变时质量亏损大约为0.0946%，也就是1克铀彻底裂变后质量会减少0.0946%，这些减少的质量会被彻底转换为能量，尽管它产生的质量变化极小，但以质量转变为能量的计算方式是爱因斯坦的质能转换：
　　E=mc²
　　c为光速，m为质量，单位为千克，因此一克铀-235彻底裂变所产生的能量大约是：
　　85,022,239,908.5J
　　另一个方式是按每一铀原子裂变的能量来计算，铀-235裂变大约能产生207MeV的能量，1克铀235大约为0.004255摩尔，而一摩尔铀大约是6.0221415 × 10^23个铀原子，那么总共有2.562 × 10^21个原子！1Mev大约为：3.312×10^-11J，那么全部裂变产生的能量为：
　　84,838,950000.0J
　　两者大约相差0.21%，主要是四舍五入造成的，不过经验公式已经很精确了，毕竟这是粗略计算，算个大概也就差不多了哈！
　　这些能量大约相当于多少标准煤呢？1吨标准煤的热值大约为29270MJ，那计算得约为2.9吨标准煤！大概一拖拉机不到一点（超载），所以各位可以想象一下，1克铀-235而已，如果全面普及它将减少多少污染排放呢？为什么一克铀无法裂变，铀的裂变过程是怎样的？
　　从理论上来看，无论是多少铀都能裂变，只要持续不断朝它轰击热中子即可，但问题是能让铀-235裂变的热中子源成本是很高的，用这种方式取得的裂变能源得不偿失！这个难题完全可以用另一种方式来解决：链式反应！
　　这种方式的原理很简单，即一颗铀原子在受到热中子轰击后会裂变成氪-92和钡-141，并且释放出2-3个中子，这些多余的中子经过减速剂减速后又能让其它铀原子裂变，变成自持裂变！而且还可以用中子吸收的控制棒来吸收这些多余的中子，控制核反应堆的整体输出能量，做到链式反应速度可调，那就是一个完美的核反应堆了！
　　不过中学课本中就有说明，原子内部的空间是非常空旷的，原子核就相当于万人体育场中间的篮球，在几公里外的位置向体育场扔一个篮球，要命中这个篮球的概率几乎等于0，那么怎么办呢？既然一个体育场扔不中，那么就用无数个体育场，扔出去总有一个会碰到的！
　　这些无数个原子构成的原子篮球场，每次扔一定会命中一个的总数就是裂变材料的临界质量，简单的说就是达到这个质量后，就比较容易产生自持裂变了！比如铀-235的临界质量是52千克，但很多资料中称是15千克！其实也没错，那是加上了中子反射层后的临界质量，那样就能将飞出核材料外的中子反射回来继续参与裂变！
　　核裂变除了释放出巨大的能量外，还有令人厌恶的放射性污染。
　　听上文的介绍，核裂变是一种几乎完美的能量，它可以裂变，只要足够的核材料，只要启动下就能自己裂变，还可以用控制棒改变输出能量，一克铀就有2.9吨标准煤，这还不够完美吗？从这个角度来说却是完美无瑕，但它有两个致命缺点！
　　能裂变的铀-235很难取得
　　铀在自然界的尽管比较少，但它巨大的能量促使人类挖空心思去找铀矿，当然不仅是能源的诱惑，还有制造原子弹的需求，人类最初利用铀能量的原动力就来自于武器！在地球上铀矿还是不少的，铀的分离也不难！
　　但天然铀中绝大部分都是难以裂变的铀-238，可以裂变的铀-235大约只占0.72%左右，而一般的轻水堆中对核燃料的要求比较高，核武器级的铀-235要求就更高了，怎么也得90%以上吧！但238和235是铀的同位素，化学性质没多少差别，所以分离非常困难！
　　离心机结构
　　但因为两种同位素相差3个中子的质量，因此在大规模的235分离中，大都使用六氟化铀的气体离心分离法！这个分离方式原理很简单，利用两种同位素的密度差异，逐级分离浓缩，但因为两者密度相差极小，因此离心分离需要很多级才能达到足够的浓度，能量消耗极大，设备制造也比较困难！
　　离心机阵列，这里有多少数量？又有多少没在画面中的？
　　增殖堆的出现让铀利用率大幅增加
　　在核反应堆中，会有大量的多余中子被控制棒吸收用来控制反应堆输出功率，这些中子就被白白浪费了，而我们知道，元素在吸收中子后会不稳定，产生β-衰变，释放出一个电子和一个反中微子后衰变成质子，也就是变成另一种元素！
　　铀-238的增值反应过程
　　这就是增殖堆的原理，如果将铀-238利用起来的话，预计核燃料的消耗将在目前的规模上扩大十倍不止，人类的能源保证将达到千年甚至更久！
　　铀的裂变以及产物的衰变和增殖过程
　　放射性污染无法处理
　　核裂变之后的元素大都具有放射性，它们会继续衰变，一直到稳定元素，而这个周期短则数天，长则万年甚至更久，因此核反应堆中每年都有大量的裂变过（并未100%利用），输出能量下降的核废料需要处理，而我们人类并没有特别好的方法，只能暂时将它们收集起来，然后集中堆放在某个深深的地下岩洞中！
　　1957年苏联东部乌拉尔山脉的深处，发生过历史上最早，级别排名第三的＂克什特姆核事故＂，当时对核废料的特性以及处理方式认识不足，一直只是将核废料储存在密封的钢制容器中埋入了地下，浇上了一层薄薄的混凝土。
　　1957年9月29日晚，由于年久失修，冷却系统出现故障，核废料的放射性衰变的能量产生了大量的蒸汽，整个掩埋区发生了爆炸，几十吨的钢制罐子撕裂抛洒，核废料撒得到处都是，据估计当时的能量大约相当于70-100吨TNT的当量，大量的放射性尘埃被排入大气层！
　　这些放射性物质随着大风飘散，让车里雅宾斯克州，斯维尔德洛夫斯克州和秋明州的部分地区都暴露于放射性污染下，影响面积达52000平方公里，留下了一条长长的带状地带！史称东乌拉尔放射性痕迹＂！
　　所以核能非常强大，但它的放射性污染也和它的能量一样一样强大，到现在为止人类依然只能掩埋处理，没有更好的办法，也许我们只能寄希望于未来的核聚变！但要是没有实现核聚变呢？人类又该怎么办？各位不妨留言提个建议！
　　答：1克铀-235裂变释放能量，相当于2.8吨标准煤燃烧释放的能量。
　　首先裂变是有临界质量的，低于临界质量的裂变材料，无法发生链式反应，铀-235的临界质量大约是25千克，所以铀-235制成的核弹，存在最小质量。
　　如果我们不考虑临界质量，只计算1克铀-235裂变释放的能量，那么铀-235的裂变反应方程式为：
　　其中200.55 MeV=3.2×10-11焦耳，也就是说一个铀-235原子裂变，释放能量为3.2*10^-11焦耳，于是可以计算出：
　　（1）一摩尔铀-235原子，质量为235克；
　　（2）1克铀-235原子，就是1/235摩尔，大约是2.56*10^21个铀原子；
　　于是一克铀-235裂变，释放能量为：
　　E=3.2*10^-11*2.56*10^21=8.2*10^10焦耳；标准煤热值为29308KJ/kg，所以1克铀-235裂变释放能量，相当于2798千克标准煤释放能量。
　　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。
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　　1克铀所含的能量相当于2吨石油或3吨标准煤燃烧所含的能量。与石油和煤不同，核燃料是可回收的，在增殖反应堆中，实际上产生的燃料比用完的多。由于这些原因，核能是目前为现代工业经济提供动力的最佳手段。  核电厂利用受控的核裂变链式反应(即分裂原子)来加热水并产生蒸汽来驱动涡轮机，从而发电。
　　核能通常被称为＂清洁＂能源，因为发电厂不会释放温室气体或其他气体。随着世界各国寻求低排放能源，必须权衡核电的好处与运行风险以及储存乏核燃料和放射性废物的挑战。   自从1954年在俄罗斯奥布宁斯克建造第一座反应堆以来，全世界已经建造了667座反应堆，尽管目前只有440座在运行，其中95座在美国。截至2020年4月，55座反应堆正在建设中，其中4座在美国，12座在中国。
　　2017年，美国生产了全球近三分之一的核电。法国、中国和俄罗斯是核能发电量第二至第四的国家。  压水堆和沸水堆是最常用的技术。三分之二以上的反应堆是压水堆。  能源的平均成本包括电厂建设、运行、维护和加油的终生成本。预计近期建成的电厂LCOE为:天然气:3.81/千瓦时；核能:7.49/千瓦时；生物发电:9.48/千瓦时。
　　大多数核反应堆使用＂浓缩铀＂，这意味着燃料中铀-235 同位素的浓度更高，更容易分裂产生能量。铀矿开采时，铀-235的平均含量不到1%。  碾磨和浓缩过程粉碎矿石，用溶剂提取氧化铀(即黄饼)，并将其化学转化为六氟化铀)，其被富集以增加燃料中的铀-235浓度。最后，转换制成浓度为3%-5%的铀-235颗粒粉末。  铀可以通过气体扩散或气体离心来浓缩。两者都从主要含有铀238的气体中浓缩稍轻的铀235分子，前者用薄膜过滤器过滤，后者通过旋转过滤。其他技术目前正在开发中，激光浓缩工艺最接近商业可行性。
　　最大的铀矿在澳大利亚(占世界30%)、哈萨克斯坦(14%)、加拿大(8%)和俄罗斯(8%)。  从全球来看，2020年核能反应堆需要68240吨铀。   核燃料循环是生产、使用和处置铀燃料的整个过程。为一座10亿瓦的核电站供电一年可能需要开采20，000-400000吨铀矿石，将其加工成27.6吨铀燃料，并处置27.6吨高放射性乏燃料，其中90%(按体积计)为低放射性废物，7%为中等放射性废物，3%为高放射性废物。 一个铀燃料小球包含相当于一吨煤的能量。典型的反应堆容纳1800万个小球。
　　这个问题其实其他两个答主已经计算的非常清楚了，但是我们必须知道一点:这个问题的前提条件是必须更多铀完成链式反应后平均计算下的能量，单单仅有1克铀-235是不可能发生完全裂变的，因为其都没有达到临界质量。 临界质量
　　什么是临界质量？我们必须从核裂变的原理说起，U235+中子=钡138+氪95+3个中子 ，这就是铀裂变的方程式，简单来看就是利用中子去撞击铀235，从而产生能量。
　　但问题是我们需要的是不仅仅是一个铀核裂变，我们仔细看反应式会发现撞击后仍有3个中子的产生，这些中子因为有着巨大动量，因此可以作为碰撞其它铀核的中子，所以我们就需要保证这些中子撞击铀核而不是飞出去，所以质量的大小就尤为重要，因此临界质量就是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。 1克铀裂变的能量
　　其它答主计算的已经很好了，简单来说就是一个铀235原子裂变释放的能量是3.204e-11J，将一克铀换成铀原子数即可算出一克铀裂变的能量。最后再与每公斤煤释放的能量29307000J相比就能够得出本题答案。
　　答案是2.8吨煤，(具体计算可自行计算或看其他答主)看起来这一克铀的能量是真的大！但事实上如果按质量亏损来说也不过不到0.1%，而聚变则是它的几乎10倍！所以聚变才是未来！
　　一克铀-235释放出8.197万兆焦耳的能量，也就是819亿焦耳的能量。
　　或许对这个数字没有多大的概念，比如说1千克TNT炸药释放出4兆焦的能量，而1克铀-235释放出的能量，是1千克TNT炸药的20000多倍。
　　由此可见，1克铀-235释放出来的能量有多大。 而原子弹也正好是利用了铀-235裂变所释放出来巨大的能量，才有那么大的威力，乃至于成为如今威力次大的核武器。
　　而1千克标准煤燃烧释放出29兆焦耳的能量，所以说，那么一克铀-235裂变释放出的能量就相当于2.8吨标准煤燃烧释放出的能量。
　　由此可见，将核反应堆用于发电，是极为节约煤炭资源的举措。
　　据统计，截止到2019年，全球约有2400多座火力发电厂，而燃料基本上都是煤炭。而全球每年要消耗煤炭80亿吨，目前地球上煤炭的储量为1.06万亿吨。照这个速度消耗下去的话，地球上的煤炭资源仅供开采125年。
　　当煤炭资源被开采殆尽之后，就要用其他物质来发电了。而化石能源本来就是不可再生能源，用一点就少一点。未来是一定要用其他物质来取代煤炭的，可以预见的就是核聚变。只不过，核聚变发电，现阶段离商用化还有点远。
　　除了煤炭发电之外，也就剩下光伏，风能，水能，地热能，核能，天然气了。
　　在全球各主要国家的发电方式中，火电依然占据绝大的比例，这个比例高达60%以上。而在火电厂中，烧煤炭又占了50%，剩下的就是烧天然气了。
　　由此可见，在其他发电方式悉数出现后，煤炭发电依然是最主要的发电方式。
　　目前来说，全球约有600多座核电站，其中正在运行的有400多座。相对于2400多座火电厂而言，还是比较少的。就对环境友好而言，核反应堆也不尽如人意。因为核反应堆运行会产生核废料，虽然不是所有的核废料，对环境的危害都很大。但是，或多或少都会有些危害的。
　　所以说，核裂变反应也不能算是理想的发电的方式。却是如今最容易实现的，相对而言比较清洁的发电方式。
　　因为在核电站产生的核废料中，对环境危害最大的乏燃料仅占3%。但是在对环境的危害上，占了95%。
　　也就是说，在核电站产生的核废物中，对环境危害最大的就是乏燃料。而对于乏燃料，要么就是回收利用，要么就是深层掩埋。
　　由此可见，随着技术的发展，处理核废料的方式会越来越多的。
　　在升级核反应堆的同时，世界各国也将目光转向了核聚变。
　　相对于核列变而言，核聚变产生的能量是其4倍，且对环境的危害比较小。因为其反应后的产物是氦，既不会污染空气，也不会污染水源，更没有放射性。所以说，核聚变才是人类理想的无污染发电方式。
　　而核聚变也可分为三代:
　　第一代核聚变：氘和氚反应，两者聚变反应时，会产生大量的中子,而且携带有大量的能量。
　　第二代核聚变：氘和氦3反应，两者反应时，其本身是不会产生中子的。但在过程中有氘参与，氘氚反应也会产生中子。
　　第三代核聚变：氦3跟氦3反应，两者反应时，完全不会产生中子。同时也是最为理想的核聚变反应，因为完全没有污染。
　　可见，即便是较为清洁的核聚变反应，也分为好几代。无论是氘氚，还是氦3的储量，都极为的丰富。
　　氘氚可以直接电解水得到，而氦3的储量月球上极为的丰富，高达100万吨，用于核聚变反应的话，可供人类使用700年。
　　所以说，为了开采氦3，登月是必经之路。
　　铀235，|kg裂变能相当4000吨标准煤，相当25万人做一天的工，相当1亿度电伏特能，相当于4000公升汽油，相当2000kgTNT。所以说金属铀是相当宝贵的资源。
　　有这样一个说法：核聚变所产生的巨大能量就相当于浓缩铀所需要的居大电能（铀浓缩需要数台离心机连续工作才能完成！）
　　核裂变的原理
　　U235+中子=钡138+氪95+3个中子
　　这是铀裂变方程式，利用中子去撞击铀235，从而产生能量，并产生更多中子，形成链式反应。
　　1千克铀235大约是2.562*10^24个原子，而铀235每裂变一次能释放出200MeV的能量，约相当于1.6*10^–13J能量，于是1千克铀235完全裂变释放能量就是81970MJ。
　　1吨标准煤充分燃烧放出热量29270MJ。
　　因此，简单计算，1千克铀235完全裂变释放出来能量相当于2800吨标准煤完全燃烧放出的热量。