核原料为什么一定要用铀和钚，可以用其它物质吗，比如铁、铜、其他非金属元素等？
要明白为啥核原料非得是铀和钚，咱们得先聊聊什么是“核原料”，以及核反应是怎么一回事。简单说，核原料就是能通过某种方式释放出巨大能量的材料。而这种能量的释放，关键在于原子核内部的结构。
原子核的奥秘：为什么是铀和钚？
咱们都知道，物质都是由原子组成的，而原子又有原子核和电子。原子核里头装着质子和中子，它们之间的力量叫做“核力”，这可是宇宙中最强大的力量之一。
在原子核里，质子带正电，因为同种电荷互相排斥，所以质子之间是有斥力的。为了让原子核不散架，就需要更强大的“核力”把它们紧紧地束缚在一起。中子就像是“粘合剂”，虽然它不带电，但在核力方面起着至关重要的作用。
不稳定性是关键：裂变与聚变
能当核原料的，必须是那种“不稳定”的原子核。所谓不稳定，就是指它的原子核很容易发生改变，从而释放出能量。这两种主要的改变方式，就是“核裂变”和“核聚变”。
核裂变：把大原子劈开
核裂变，顾名思义，就是把一个大的、不稳定的原子核劈成两个或多个更小的原子核。这个过程就像你把一个紧绷的弹簧突然松开，能量就会释放出来。
那么，什么样的原子核容易发生裂变呢？这里就轮到铀和钚了。
铀（Uranium）是一种天然存在的重元素，它的原子序数是92。铀有几种同位素，其中最关键的是铀235（²³⁵U）。铀235的原子核比较大，里面质子和中子的数量搭配起来，使得它在被一个中子轰击后，变得极其不稳定，很容易分裂成两个小原子核（比如钡和氪），同时释放出更多的中子和大量的能量。
为什么是铀235？关键在于它的“裂变截面”很大。你可以把它理解成一个靶子的大小。铀235这个“靶子”对中子来说非常大，所以一旦有中子飞过来，它被击中的几率就很高。而且，它裂变后还会放出两到三个中子，这些中子又能去轰击其他的铀235原子核，这样就形成了一个“链式反应”，能量就能源源不断地释放出来。
钚（Plutonium）是另一种重要的核原料，它的原子序数是94。钚不是天然存在的元素，而是通过在核反应堆里用铀238（²³⁸U）吸收中子后产生的。钚239（²³⁹Pu）也是一种非常容易发生裂变的材料，它的裂变特性和铀235很相似，也是核武器和核反应堆的重要燃料。
核聚变：把小原子合起来
核聚变则是把两个小的原子核合并成一个更大的原子核。这个过程在太阳内部就不断发生着，比如氢原子核聚变成氦原子核，这就是我们看到太阳发光发热的原理。核聚变释放的能量比裂变还要巨大得多。
要让核聚变发生，需要克服原子核之间强大的斥力，让它们靠得足够近。这需要极高的温度和压力，就像太阳的核心那样。在地球上实现可控核聚变是人类一直在努力的方向，一旦成功，将提供取之不尽用之不竭的清洁能源。
目前，核聚变研究中最有前景的燃料是氘（Deuterium，氢的一种同位素）和氚（Tritium，氢的另一种同位素）。它们虽然也是原子核的结合，但和裂变原料在原理上有本质区别。
为什么不能用铁、铜或其他非金属元素？
现在咱们来谈谈为什么不能用铁、铜或者其他非金属元素做核原料。原因很简单：它们不具备核裂变或核聚变所需的“不稳定”和“链式反应”的特性。
原子核的稳定性： 像铁、铜这些元素，它们的原子核都相对稳定。它们的质子和中子的数量比例比较合适，原子核内的核力能够很好地平衡质子间的斥力，不像铀235那样容易被外界干扰而裂变。用中子去轰击铁原子核，它只会吸收这个中子，变成另一个铁的同位素，或者根本没啥反应，不会发生分裂并释放出能量。
链式反应的可能性： 即便某些重元素可能不稳定，但如果它们裂变后释放的中子数量不足以引发新的裂变，或者释放的能量很小，那么也无法形成持续的能量输出，也就不能称之为“核原料”。铀235和钚239的特殊之处就在于它们裂变后能释放出足够的中子来维持链式反应。
能量的来源： 核能的本质是原子核内部结合能的释放。爱因斯坦的质能方程 E=mc² 表明，质量和能量是可以相互转化的。在核反应中，反应前后的总质量会发生微小的变化，这个“亏损”的质量就转化成了巨大的能量。铀和钚的原子核结构使得它们在裂变时有显著的质量亏损，从而释放出庞大的能量。而铁、铜等元素的原子核，其质量亏损在核反应中微乎其微，根本不足以产生我们所说的“核能”。
非金属元素的限制： 非金属元素，比如碳、氧、氮等，它们的原子核通常更小、更轻。即使是其中某些同位素不稳定，也很难达到像铀235那样能引发链式反应的条件。核聚变虽然是把小原子核合并，但需要的是特定的轻元素（如氢的同位素），而且要克服巨大的斥力，这和裂变是完全不同的过程。
总结一下：
用铀和钚作为核原料，是因为它们原子核的特殊结构使其具有 易裂变性 和 能够维持链式反应 的能力。它们是那种“一点就着”的火药，而且一旦“着了”，还能带动周围更多的“火药”一起燃烧，从而释放出惊人的能量。而铁、铜等元素就像是“湿木头”，即使你用火去烧它，也难以引发剧烈的反应，更不可能形成燎原之势。
核能的开发，本质上是对原子核内部巨大结合能的利用，而铀和钚恰恰是目前人类能够有效利用这种能量的最佳选择。当然，科学在不断进步，未来也许会有更高效、更易获取的核燃料出现，但就目前而言，铀和钚仍然是核能领域的绝对主角。
原子核的奥秘：为什么是铀和钚？
咱们都知道，物质都是由原子组成的，而原子又有原子核和电子。原子核里头装着质子和中子，它们之间的力量叫做“核力”，这可是宇宙中最强大的力量之一。
在原子核里，质子带正电，因为同种电荷互相排斥，所以质子之间是有斥力的。为了让原子核不散架，就需要更强大的“核力”把它们紧紧地束缚在一起。中子就像是“粘合剂”，虽然它不带电，但在核力方面起着至关重要的作用。
不稳定性是关键：裂变与聚变
能当核原料的，必须是那种“不稳定”的原子核。所谓不稳定，就是指它的原子核很容易发生改变，从而释放出能量。这两种主要的改变方式，就是“核裂变”和“核聚变”。
核裂变：把大原子劈开
核裂变，顾名思义，就是把一个大的、不稳定的原子核劈成两个或多个更小的原子核。这个过程就像你把一个紧绷的弹簧突然松开，能量就会释放出来。
那么，什么样的原子核容易发生裂变呢？这里就轮到铀和钚了。
铀（Uranium）是一种天然存在的重元素，它的原子序数是92。铀有几种同位素，其中最关键的是铀235（²³⁵U）。铀235的原子核比较大，里面质子和中子的数量搭配起来，使得它在被一个中子轰击后，变得极其不稳定，很容易分裂成两个小原子核（比如钡和氪），同时释放出更多的中子和大量的能量。
为什么是铀235？关键在于它的“裂变截面”很大。你可以把它理解成一个靶子的大小。铀235这个“靶子”对中子来说非常大，所以一旦有中子飞过来，它被击中的几率就很高。而且，它裂变后还会放出两到三个中子，这些中子又能去轰击其他的铀235原子核，这样就形成了一个“链式反应”，能量就能源源不断地释放出来。
钚（Plutonium）是另一种重要的核原料，它的原子序数是94。钚不是天然存在的元素，而是通过在核反应堆里用铀238（²³⁸U）吸收中子后产生的。钚239（²³⁹Pu）也是一种非常容易发生裂变的材料，它的裂变特性和铀235很相似，也是核武器和核反应堆的重要燃料。
核聚变：把小原子合起来
核聚变则是把两个小的原子核合并成一个更大的原子核。这个过程在太阳内部就不断发生着，比如氢原子核聚变成氦原子核，这就是我们看到太阳发光发热的原理。核聚变释放的能量比裂变还要巨大得多。
要让核聚变发生，需要克服原子核之间强大的斥力，让它们靠得足够近。这需要极高的温度和压力，就像太阳的核心那样。在地球上实现可控核聚变是人类一直在努力的方向，一旦成功，将提供取之不尽用之不竭的清洁能源。
目前，核聚变研究中最有前景的燃料是氘（Deuterium，氢的一种同位素）和氚（Tritium，氢的另一种同位素）。它们虽然也是原子核的结合，但和裂变原料在原理上有本质区别。
为什么不能用铁、铜或其他非金属元素？
现在咱们来谈谈为什么不能用铁、铜或者其他非金属元素做核原料。原因很简单：它们不具备核裂变或核聚变所需的“不稳定”和“链式反应”的特性。
原子核的稳定性： 像铁、铜这些元素，它们的原子核都相对稳定。它们的质子和中子的数量比例比较合适，原子核内的核力能够很好地平衡质子间的斥力，不像铀235那样容易被外界干扰而裂变。用中子去轰击铁原子核，它只会吸收这个中子，变成另一个铁的同位素，或者根本没啥反应，不会发生分裂并释放出能量。
链式反应的可能性： 即便某些重元素可能不稳定，但如果它们裂变后释放的中子数量不足以引发新的裂变，或者释放的能量很小，那么也无法形成持续的能量输出，也就不能称之为“核原料”。铀235和钚239的特殊之处就在于它们裂变后能释放出足够的中子来维持链式反应。
能量的来源： 核能的本质是原子核内部结合能的释放。爱因斯坦的质能方程 E=mc² 表明，质量和能量是可以相互转化的。在核反应中，反应前后的总质量会发生微小的变化，这个“亏损”的质量就转化成了巨大的能量。铀和钚的原子核结构使得它们在裂变时有显著的质量亏损，从而释放出庞大的能量。而铁、铜等元素的原子核，其质量亏损在核反应中微乎其微，根本不足以产生我们所说的“核能”。
非金属元素的限制： 非金属元素，比如碳、氧、氮等，它们的原子核通常更小、更轻。即使是其中某些同位素不稳定，也很难达到像铀235那样能引发链式反应的条件。核聚变虽然是把小原子核合并，但需要的是特定的轻元素（如氢的同位素），而且要克服巨大的斥力，这和裂变是完全不同的过程。
总结一下：
用铀和钚作为核原料，是因为它们原子核的特殊结构使其具有 易裂变性 和 能够维持链式反应 的能力。它们是那种“一点就着”的火药，而且一旦“着了”，还能带动周围更多的“火药”一起燃烧，从而释放出惊人的能量。而铁、铜等元素就像是“湿木头”，即使你用火去烧它，也难以引发剧烈的反应，更不可能形成燎原之势。
核能的开发，本质上是对原子核内部巨大结合能的利用，而铀和钚恰恰是目前人类能够有效利用这种能量的最佳选择。当然，科学在不断进步，未来也许会有更高效、更易获取的核燃料出现，但就目前而言，铀和钚仍然是核能领域的绝对主角。
网友意见
还有钍232, 中子照射后会变成铀233, 铀233也可以作为核燃料. 不过具体技术细节还有很多问题, 比如说副产物之一是放射性强烈的铀232, 对操作人员非常不利.
印度缺铀, 钍资源比较丰富, 因此印度对钍燃料的研究比较多.
做裂变武器的话, 还可以用钚之后的各种超铀元素, 临界质量更小, 可以把核弹做得更轻巧. 不过成本估计至少也是铀和钚的成千上万倍了.
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