您有一份原子弹制造指南,请查收

作者: 小林绿子

来源: 数字北京科学中心

发布日期: 2020-04-29 10:30:53

本文详细介绍了原子弹的制造和引爆基本原理,包括核燃料的提取、链式反应的实现以及两种主要的引爆结构:枪式结构和内爆式结构。

提起核武器,你的脑海中是不是会马上蹦出“威力巨大,可怕的核辐射”等字眼。对于原子弹的破坏力和恐怖程度,想必大家都有所耳闻。中国历经诸多磨难和失败,终于在1964年成功引爆了第一颗原子弹,成为世界上第五个有核国家。如今,原子弹等核相关研究工作仍在继续,核实力也成为了我国国防建设的重要部分,但是你真的了解原子弹制造和引爆的基本原理么,下面就让我们来一起看看吧。

核武器巨大的能量来自瞬间发生的核反应。其中,原子弹主要利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成,属于第一代核武器。原子弹一般由外壳、引爆装置、炸药、反射层、核燃料和中子源等部分组成。自然界中有一些原子的原子核在一定条件下能分裂成两个小原子核,且两个小原子核的质量总和小于分裂前单个原子核的质量。这些质量可不会凭空消失,它们会转变成巨大的能量,并被释放出来。

自然界中可发生裂变的原子有很多,它们各自的物理化学性质都不相同,只有一部分能发生可控链式裂变的原子适合作为原子弹的核燃料。目前原子弹使用的核燃料主要有铀235,钚239和铀233,其中铀235最为常见。一个铀235被一个中子撞击后会分裂为两个原子核,如钡和氪,氙和锶或溴和镧等,同时放出两三个多余的中子。1千克铀235全部裂变后放出的能量,接近2万吨TNT炸药。

有了高浓度的铀235和其他核燃料以后,下一步就是要制造可进行核爆炸的裂变装置。要制造一颗原子弹,必须使核燃料发生链式裂变反应。所谓链式反应,就是指铀235被一个中子撞击分裂后,放出2-3个多余的中子,这些中子再撞击到另外的原子核,引发更多次裂变,像链条一样传递下去。

要想实现这一点可没有那么简单。如果核燃料过少,链式反应规模过小,大多数中子还没来得及撞上原子核就已经飞到外面了,无法形成核爆炸。只有单位时间内的链式反应达到一定的强度,才能形成核爆炸。增加核燃料的量是一个可行的办法,如果核燃料的块头足够大,中子就能更充分地在它的内部发生碰撞,使裂变反应充分地发生,进而引发核爆炸。我们把能产生核爆炸对应的核燃料质量的最小值称为临界质量。

相比枪式结构,内爆法需要的燃料质量更小,核燃料反应率更高。“胖子”原子弹的核裂变燃料是δ相钚合金,只用了6.2千克就达到了21000吨TNT当量的威力,核燃料的利用率有了显著的提高。另外,内爆法的安全性更好,“过早点火”的几率较低,可使用自发裂变几率较大,对点火较为敏感的裂变物质。

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