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1公斤的铀235裂变后,能释放多少能量?地球上的铀够我们用多久?

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在加拿大北萨斯喀彻温省的荒原深处,藏着一座被业内称为"世界品位最高铀矿"的传奇矿井——Cigar Lake(雪茄湖矿)。记者曾深入地下约1600英尺(约450米)作业面进行探访,这个深度差不多相当于把整栋帝国大厦倒插进地下还要再挖十几米。

就是在这样的深度里,工人们开采出的矿石,撑起了全球约11%的铀需求量。这里的开采难度,远远超出普通人的想象。

因为矿石品位太高、放射性太强,工人根本没办法像传统金属矿那样直接凿岩装车。矿方专门研发了一整套喷射钻孔系统:钻头先在铀矿脉中打孔,随后喷射高压水流把矿石冲成矿浆,再通过管道输送到地面结构里进行后续处理。

整套设备沿轨道运行,可以沿隧道全长灵活移动,专门用来对付这种"烫手"的超高品位矿体。记者获得了一次难得的独家机会,得以近距离观察正在作业中的钻孔现场。



抬头望向巷道顶部,能清晰看到喷射系统曾经向上钻取矿体留下的痕迹,那些已经被采空的空腔,如今已被混凝土整齐回填,只留下一道道弧形的印记,像是矿山写给自己的日记。Cigar Lake矿的运营方是加拿大铀业巨头Cameco公司。

这家公司同时坐拥两张王牌:一张是储量最大的高品位铀矿——麦克阿瑟河矿(McArthur River),另一张就是Cigar Lake这座品位最高的矿。根据Cameco 2026年披露的数据,Cigar Lake矿2025年全年产出1910万磅铀,2026年计划产量为1750万到1800万磅。

今年上半年,因为负责矿石加工的Orano麦克林湖水冶厂出现运营问题,Cigar Lake一度短暂停产约两周,好在7月中旬已经恢复生产,全年产量目标没有受到影响。此外,Cameco还在今年6月宣布,计划从东京电力公司手中收购部分股权,把自己在Cigar Lake的持股比例从54.547%提高到57.418%,这笔交易预计在第三季度完成。

这一系列动作背后,其实是一个非常清晰的信号——铀,重新变得炙手可热。而这股热潮,很大程度上是被大洋彼岸的科技巨头们烧起来的。



矿区相关负责人在接受采访时坦言,大约从2024年下半年开始,业界突然频繁听到微软、英伟达、谷歌、亚马逊这些超大规模科技公司的名字出现在核能议题里。人工智能带来的算力爆炸,让数据中心变成了新的"电老虎",这些公司公开表态:不仅要用电,还要用清洁电力,还要为自己使用的每一度电负责任。

于是,它们几乎不约而同地把目光投向了核能,并明确表示——希望在核能供应链里占据一席之地。至于最终有多少铀从Cigar Lake流向了美国市场,Cameco方面并没有对外披露具体数据,但业内心知肚明,需求侧的天平正在悄悄倾斜。

那么,为什么科技公司如此"迷恋"这种银灰色的金属?答案要从铀235那令人咋舌的能量密度说起。

1945年8月投在广岛的那颗代号"小男孩"的原子弹,总重量约4.4吨,其中装填了约64公斤的铀235。很多人以为这64公斤全部参与了核反应,其实并非如此。



事后调查显示,真正发生裂变的大约只有1公斤,而这1公斤里被转化为能量的部分,仅仅约0.6克。就是这几乎可以忽略不计的一点点质量,释放出了相当于约1.5万吨TNT炸药、约63万亿焦耳(63TJ)的能量,瞬间将方圆几公里内的城市夷为平地,随之而来的高温辐射与放射污染更是持续伤害了几代人。

如果换成理论上完整的1公斤铀235裂变,能量将达到约8.2×10¹³焦耳,大致相当于2700吨煤炭燃烧所释放的热量。一公斤对上两千七百吨,这种数量级的差距,才是核能真正的分量所在。

铀是一种银灰色的重金属,元素符号U,原子序数92,带有微弱放射性。它有多种同位素,其中铀235的半衰期长达约7.04亿年,是自然界铀的三种天然同位素中,唯一能够被慢中子有效诱发裂变,并维持链式反应的一种。

用一个中子撞裂一个铀核,产生两个新原子核加上若干个新中子,这些中子又继续撞击别的铀核,反应一环扣一环,能量便像滚雪球一样被释放出来。人类既用这套逻辑造过毁灭性武器,也用它建成了造福亿万家庭的核电站。



正因如此,全球核电装机版图这些年一直在扩张。截至目前,世界上在运的核电机组已经超过440台,主要分布在美国、法国、中国、俄罗斯、韩国、日本等国。

今年7月底,中国国务院常务会议一次性核准了福建霞浦、广东台山、浙江三澳等5个核电项目,总投资规模超过1700亿元,用以应对包括AI数据中心在内的电力需求快速增长。可控核聚变领域的进展也在提速,多家国内单位相继披露技术突破。

核电重新走到聚光灯下,是全球性的趋势。问题也随之而来:地球上的铀,到底还够用多久?

铀元素虽然广泛分布于地壳和海水之中,但地壳丰度大约只有2.3×10⁻⁴%,非常分散。全球铀资源以砂岩型、铁氧化物型、侵入岩型等为主,其中砂岩型是美国、中亚、东亚的主力矿型,规模大、成本相对可控;不少矿则与铜、金等金属伴生,铀往往只是"副产品",每吨矿石里能提取出几克就已经算不错。



根据经合组织核能署《铀红皮书》公开数据,截至2019年,成本低于260美元/千克铀的合理确定资源量(RAR)约为481.5万吨,推断资源量约为317.3万吨。澳大利亚、加拿大、哈萨克斯坦、纳米比亚、尼日尔五国的储量合计约占全球的65%,分布极不均衡。

按照目前全球核电的消耗强度估算,已探明可经济开采的铀资源大约还能支撑八十年左右。听上去时间不短,可考虑到2016年以后全球铀年产量一度出现回落,加之提取工艺复杂、大规模投产周期长,实际留给人类的窗口未必有账面数字那么宽裕。

具体到中国,情况则更需要提前布局。国内RAR铀资源量约13.7万吨,全球排名在第十一位左右,品位整体偏低。



与此同时,随着"双碳"目标推进和核电装机不断扩张,铀需求近年以年均约10%的速度增长,自给早已难以满足。这些年,中国铀业等企业持续通过海外并购和长协采购获取资源:2014年入股纳米比亚兰格海因里希矿山25%的股权(该矿于2018年暂停生产),2017年收购哈萨克斯坦扎尔巴克铀矿49%的股权,2019年拿下罗辛铀矿68.6%的股权。



今年国内学术界也在积极推进先进地浸采铀技术和"国铀一号"工程,力求把国内那些原本"啃不动"的矿吃干榨尽。

从Cigar Lake矿井深处的高压水枪,到硅谷数据中心里日夜运转的AI芯片,再到中国正在加速核准的核电项目和悄悄推进的核聚变实验装置,围绕铀展开的这场竞赛,早已不只是矿山之间的较量。资源终有尽时,唯有把裂变用好、把聚变研透,人类才能真正握住那颗"不熄的太阳"。

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