¿Cuántos kilojulios se liberan de un kilogramo de uranio?

Línea inferior delantera: con algunas suposiciones, suficiente para elevar la temperatura de una piscina en 55C.

En promedio, cada fisión térmica de un núcleo U-235 produce alrededor de 200 millones de electronvoltios de energía. Eso es suficiente para elevar la temperatura de un vaso de agua 2.1875101e-14 grados centígrados.

Su kilogramo de uranio, suponiendo que sea natural, el uranio metálico (no UO2 o alguna otra forma) contiene alrededor del 0.7% en peso de U-235, que es el material que se fisiona. Por lo tanto, tenemos alrededor de 1.79e22 núcleos U-235 para la fisión. Esto nos da aproximadamente 3.59e24 MeV, o lo suficiente como para elevar una piscina de tamaño olímpico a 55 grados C. ¡Muy bien!

¡Probablemente hayas notado que hay muchas suposiciones en eso! Primero, cuando fabricamos combustible no es uranio metálico y no lo es (en reactores de agua a presión) en cantidades naturales. Además, en los reactores reales no se llega a la fisión el 100% del U-235 que está en su combustible, gran parte se queda atrás. Esto también supone que todas sus fisiones son inducidas por neutrones “térmicos”: las fisiones que provienen de neutrones “rápidos” producen una energía promedio diferente por fisión. Aún así, ¡hay mucha energía allí si estás dispuesto a hacer el trabajo para sacarlo!

Como sucede, en realidad tengo una hoja de cálculo para esto:
Isótopo / peso atómico en kg / BE por nucleón / moles por kg / átomos por kg / eV átomo / eV por kg / J por kg

U233 / 0.233039628 / 7603986.318 / 4.291115672 / 2.58417E + 24 / 197967201.6 / 5.11581E + 32 / 81,964,309,945,452 J

U235 / 0.235043923 / 7590939.124 / 4.254523951 / 2.56213E + 24 / 202738366.8 / 5.19443E + 32 / 83,223,933,375,088

Por supuesto, toda esa energía no es recuperable; dado que algunos escapan como neutrinos, y otros están ligados a los productos de fisión con una larga vida media.

Pero la energía recuperable es del orden de 80 Terajulios. O alrededor de 3 gigavatios-día.

Puede usar e = mc2 para determinar la cantidad teórica, pero en realidad dependería del tipo de reactor, enriquecimiento, entre otros factores para determinar la cantidad real de energía que prácticamente puede obtener de 1 kg de uranio.

¿Cuántos kilojulios se liberan de un kilogramo de uranio?

Si cada átomo en un kilogramo de fisión U235 liberaría 83.14 TJ. Esto puede calcularse multiplicando el número de átomos en un kilogramo de U235 por la liberación de energía por evento de fisión, 3.24 e-11 J.

El rendimiento para U238 y PU239 se deja como ejercicio.