在科学研究中,科学家每次发现新的自然现象或提出新的科学概念,都会创造专有名词来命名。命名好了,复杂的现象、艰深的概念就会因名字直观易懂而让人铭记,或引人入胜,激起人们的好奇心和探索欲。如果命名不好,会让人或产生误解,或望文却步。本系列文章即是对物理学中的一些重要名词作一番简要的咬文嚼字,细究其词义,探讨背后深刻的物理含义。
电影《奥本海默》的热映,再次引起了公众对原子弹的关注。
奥本海默作为曼哈顿计划的领头人,在人类历史上第一颗原子弹的诞生过程中起到重要作用,被世人称为“原子弹之父”。自从1905年爱因斯坦写下质能方程,物理学家就知道,微小的原子核中蕴藏着巨大的能量。从科学概念的诞生到实际应用,其中需要克服无数工程技术上的难点。如果不是为了与纳粹德国竞争,美国也不会发起曼哈顿计划,以举国之力制造原子弹。
威力巨大的核武器自诞生之日起就彻底改变了人类历史进程,给人类社会带来了巨大冲击和影响。
在大众媒体中,很多关于核武器的说法语焉不详,一些常用的术语并不能完全准确地道出其背后真正的物理含义。现今世界上的几个核大国都将核武器技术视为最高国家机密,制造核武器的技术细节不便公诸于众。这也是有些核武器术语显得含糊其辞的原因之一。尽管核武器技术细节是国家机密,但其基本物理原理是完全公开的。
在学术界,与核武器相关的物理原理没什么秘密可言。本文将从物理原理出发,分析一些与核武器相关的名词术语,细究其背后的物理内容。
提起核武器,公众最耳熟能详的莫过于原子弹。当代社会中几乎每个人都至少听说过原子弹。然而,从科学的角度来看,原子弹这个称谓本身就很不严谨。原子弹其实与原子没什么关系,而是与原子核有着密切的关系。原子的中心是原子核,电子分布在原子核周围。
原子物理的研究对象是原子里面的电子,原子核的作用仅仅是对电子提供一个外电场而已。研究原子核内部结构的学问则称为核物理。原子弹爆炸的能量完全来自于原子核内部的核裂变,因此原子弹更准确的名称应该是裂变弹,一种核弹。
氢弹是比原子弹威力更大的核武器。由于氢弹的巨大杀伤力,原子弹之父奥本海默出于人道主义考虑,抵制美国政府制造氢弹,却因此被撤销了安全许可,意味着政治生涯的结束。
电影《奥本海默》花了很大的篇幅讲述安全许可听证会的详细过程。奥本海默、爱因斯坦等著名科学家的反对并没能阻止氢弹的研发进程。在原子弹造出来之后数年,氢弹也于1951年研制成功。氢弹的设计方案巧妙地利用了原子核聚变产生的能量。与核裂变的过程相反,核聚变过程是由两个较轻的原子核融合生成较重的原子核。氢弹利用的核聚变过程如下:氘原子核与氚原子核融合产生一个氦原子核和一个中子。