hesseyoyo / 科技 / 氢弹——单黄双黄夹心蛋

分享

   

氢弹——单黄双黄夹心蛋

2016-05-14  hesseyoyo

原子弹利用的是原子核“裂变”,氢弹利用的则是原子核“聚变”。

氢弹——单黄双黄夹心蛋核聚变,是指两个轻原子,比如氘、氚(都是氢的一种同位素,原子核里都是一个质子,但中子分别有2个、3个),在高温高压下“挤”到一起,它们的原子核就“聚拢”成一个,变成了氦原子,还会放出一个多余的中子。聚拢合并后的氦原子加多余中子,质量比氘+氚的少,少掉的那部分就变成能量了。

跟铀、钚等大原子核比起来,氘、氚可轻多了。再加上其它原因,同样重量下核聚变放出的能量,要比裂变大。1千克氘氚完全聚变后放出的能量,相当于6万吨梯恩梯,是铀235裂变的三倍。氘、氚在海水里也很多,虽然提炼起来不容易。太阳等恒星,就是个大大的核聚变炉。

因此核聚变,是未来能源的最佳方向。氢,将是未来世界的能源基础——用氢同位素氘、氚,在核电站发电,没有放射性污染;电可以直接用,也可以用来电解水,得到氢气;氢气将代替汽油,驱动飞机、火箭、汽车,也能注入燃料电池,代替锂电池、干电池;用掉的氢都会变成水,无污染排放。人类生活会非常方便,唯一不环保的地方,只有热污染、熵增。

氢弹——单黄双黄夹心蛋扯远了点,从民用回到军事。

大家都知道:先有原子弹,然后有氢弹。那原子弹的核裂变,氢弹的核聚变,哪个先有呢?

1932年,物理学家发现了核聚变;

1938年,物理学家发现核裂变;

1944年,造出了实用型原子弹;

1952年,氢弹才完成原理性试验。

这是因为核聚变反应只能在很极端的高压高温条件下才能进行,要大规模产生可不容易。1942年,美国科学家在研制原子弹的过程中,推断原子弹那玩意炸起来够劲,能用来激发大规模的核聚变反应。人们这才开始研究威力比原子弹更大的核弹——氢弹。

氢弹的原理决定它的结构里,首先得有原子弹的基本结构,让原子弹爆炸后的产物能有效压缩氘、氚这种聚变材料。可就算有了原子弹,还有一个关键性难题要先解决。

尺寸。氘、氚是氢的同位素,常温下也就是氢气,你总不能把一颗氢弹造成氢气球那样吧?

因此在氢弹研制的早期,聚变材料怎么装是个大问题。1951年美国进行第一次氢弹试验时,用的是液态氘,需要一大堆制冷设备和原子弹掺杂在一起,因此非常笨重,足足62吨,体积比一辆载重卡车还大。这样的装置飞机、导弹都没法带,自然没任何实战价值。

后来人们发现了一种锂的同位素,锂6,能和氘形成一种固体的化合物,氘化锂6。它不需要冷却压缩了,能制造出体积小、重量轻、便于运载的“干式”氢弹。1954年,实用型氢弹问世。

对于氢弹的具体结构,各国都严格保密,因此外界只能根据少数资料和基本原理,推测它的结构。

一种是这样的:把裂变材料(白色部分),比如铀235、钚239,和聚变材料(蓝色部分),比如氘氚化锂6,交错布置在炸药之间和中心。都是一个圆心,咱们不妨叫它“单黄蛋”。

氢弹——单黄双黄夹心蛋炸药引爆后,把裂变材料向中心压缩。压到一定程度,裂变链式反应发生。高温高压作用于中心和周围的氘氚化锂6,就引发猛烈聚变反应。

氢弹的另一种结构是把主要的裂变、聚变材料分开布置,不采用同心圆的布局,咱们可以叫它“双黄蛋”。

它的爆炸原理就复杂些,涉及到如何在原子弹引爆后,保证一旁的聚变材料不被“吹”散,破坏聚变反应。和单黄弹比起来,双黄弹里空隙少,因此同样威力下,体积重量要小一些,更方便做导弹弹头,特别是洲际弹道导弹的分导式多弹头。

氢弹——单黄双黄夹心蛋上面就是一个典型的“双黄”氢弹,外界推测的美国洲际导弹核弹头的结构。圆锥形外壳,不仅外形重要,材料的耐高温、耐烧蚀也很重要,这样才能在重入大气层时保持良好的稳定性,让弹道少偏差,打得准。这玩意也是核导弹设计的关键,和卫星返回技术有些通用。因此美国对朝鲜等国研究、发射返回式卫星很关注,生怕人家掌握再入大气层方面的材料、空气动力学技术,然后可以设计出打得准的核弹头。

还有一种核弹,叫助爆型原子弹:在原子弹中添加少量聚变材料,以利用裂变、聚变的互相促进,来提高裂变材料利用率、增加威力。它也被称为加强型原子弹。上面那个美国氢弹的左蛋黄,就是这种原子弹。

氢弹——单黄双黄夹心蛋蛋心里除了铀、钚裂变材料,还夹着氘氚化锂6,咱们就把它叫做“夹心蛋”吧。

这种核弹爆炸过程的前面部分,和原子弹一样,只不过最后多了些聚变。虽然也发生聚变反应,但聚变材料少,释放的能量只占总能量的很小一部分。它更多是利用聚变反应放出的大量中子,来提高裂变链式反应的效率,从而大大提高能量效率、爆炸威力。

原子弹、氢弹的基本原理讲完了,区别你恐怕也就知道了。

由于基本原理不同,原子弹和氢弹一大差别就是爆炸后产生的东西不同。前者是氙、锶、钡、氪等元素,而且由于裂变反应不完全,总有一些铀235、铀238或者钚239剩下来。后者虽然必须有原子弹作为第一级引爆,也产生以上元素,但核聚变会产生氦元素。

如果在大气层做核试验,就可以通过大气采样,检测氙、锶、铀、钚、氦等元素的含量比例,判断出是氢弹还是原子弹。对于少量聚变反应的助爆型原子弹,也能判断出来。

可如果核试验在地下进行,那就无法采集到爆炸生成物了,只有爆炸引起的地震波,是明显的核爆炸特征。根据震波的强度、频率等信息,能估算出核爆炸的威力。一般来说氢弹威力要比原子弹大。可助爆型原子弹也可能这样。

因此当朝鲜宣称造出氢弹后,各国很难准确判定炸的到底是不是一颗氢弹。加上氢弹在制造工艺上的难度,要比内爆式原子弹又高很多,也就更容易让人产生疑问。不过这其实都不重要,因为美国一向是看需要说话的——想对人说美国受威胁啦,于是军迷胡猜乱想的激光炮、大航母,都能秒杀美国十艘航母、百架隐身战机;想对人说美国还是大国,安啦,这时你的先进武器就成了,要么山寨货、要么间谍货、要么啥啥啥问题,总之你是搞不出好东西滴。

最后回正题,原子弹、氢弹。以上介绍的只是基本原理,真正的核武库、核弹中,还有非常多的讲究、细节,趣味之处、技术奥妙,不是我们这几篇简单的短文可以囊括。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多

    ×
    ×

    ¥.00

    微信或支付宝扫码支付:

    开通即同意《个图VIP服务协议》

    全部>>