2020-11-12 10:45

氢弹制造指南

#知识

哪个男孩不想在造完一颗原子弹后,再造一颗氢弹呢?



我们曾在第 57 期节目中介绍过,原子弹通过核裂变的链式反应产生爆炸。



而氢弹的能量来源则是核聚变。这是氢的两个同位素:氘和氚,原子核分别由一个质子一个中子和一个质子两个中子组成。



当氘原子和氚原子聚合,会生成两个质子和两个中子组成的氦原子,并释放一个多余的中子,产生约 17.6 MeV 的能量。



一千克铀 235 完全裂变释放的能量约为 2 万吨 TNT,而一千克氘氚完全反应释放的能量足足 8 万吨。



那氢弹威力有多大呢?


「小男孩」爆炸当量约 1.5 万吨,「胖子」约 2.2 万吨。而 1952 年世界第一颗氢弹「麦克」的爆炸当量就已达 1000 万吨。两年后的「喝彩城堡」氢弹爆炸当量则高达 1500 万吨。更不用提「沙皇」炸弹 5000 万吨的当量。



且核聚变不受临界质量的限制,理论上威力无上限。


但是,聚变反应哪这么容易就发生?


对于核裂变,有放射性的重原子只需中子轰击就能反应。但对于核聚变,要把原子核推到 10^-15 米内,才有可能发生反应。



这么近,两个原子核会因带正电的质子强烈排斥。这至少需要一亿度的高温使外围电子被剥离形成等离子体,提供动能,在高压下发生结合。



太阳拥有 2500 亿个大气压的高压和 1500 万度的高温维持核聚变。地球上的我们该怎么办?


经过几番搜索调查,我们终于发现了美国的一个解密文件。里面有爱德华·泰勒和斯坦尼斯拉夫·乌拉姆,70 年前关于核裂变-核聚变两级反应的设想。就是用原子弹爆炸作初级结构,为次级结构中的聚变燃料提供条件。



但原子弹爆炸能量非常巨大,如何保证聚变燃料在反应前不被炸飞就十分关键。


于是,几经周折,我们又找到了一份 8 页的资料,揭开了氢弹爆炸的核心机密——构型,也就是传说中的 「T-U 构型」。



弹头处装裂变燃料为主的初级结构,尾部装以聚变燃料为主的次级结构。



由于氘和氚维持液态很费力,且氚的半衰期为 12.43 年,不易保存。所以次级材料中会填充氘化锂-6,一种白色固体。


当氢弹点火,初级系统外围包裹的炸药引爆,不断向内压缩用来反射中子的铍和铀 238 球形外壳,铀 235 和钚 239 组成的裂变核心被剧烈挤压,密度上升,达到临界状态。



这时,中子发射器会发射中子,在球形外壳内反射,使钚 239 和铀 235 先后裂变。最中间少量的氘化锂-6 在挤压下会放出大量中子加速外层的裂变反应,产生相当于一个「胖子」原子弹的威力。但这样聚变燃料还是被提前炸了。



所以,其实加热挤压聚变燃料的,并不是爆炸产生的高温和冲击波,而是爆炸产生的 X 射线和伽马射线。



以光速前进的射线能赶在冲击波之前抵达次级结构,并在圆柱体的外壳下加强反射,聚能并不断挤压次级结构外壳。


氘化锂-6 在高温下高压下会迅速裂解为氘和锂-6,后者俘获裂变的中子生成氚和氦,氚与氘在高温高压下发生聚变反应。反应生成的中子又会和高压下裂解的锂-6 结合,重复刚才的过程,不断循环。



直到冲击波到达炸毁次级结构。


不过,可惜这根本就不是什么资料文件。与其叫其 「T-U 构型」,还不如叫「莫兰德构型」,因为这完全是名为莫兰德的记者的推测。



1979 年 11 月,美国《进步》杂志发表了一篇名为《氢弹的秘密》的文章。通过整理思考各种公开文献,莫兰德在文中详细描写了氢弹的关键技术原理和结构,也因此被告上法庭,引发轰动一时的「美利坚合众国诉《进步》案」。



其实就连刚刚关于氢弹构型设想的文件,解密后也被删减成这幅模样。


网络上像这样、这样、甚至这样的弹头结构也都只是猜测。



不过幸运的是,今年 8 月俄罗斯解密了人类有史以来引爆的最大炸弹——「沙皇」氢弹的影像资料,让我们可以一窥究竟。有人分析说这可能就是弹头的裂变引爆装置。




但众说纷纭,也就到猜测为止。


作为世界最高等级机密之一,只有五个国家真正意义上掌握氢弹技术,氢弹具体详情根本无从得知。巧的是,刚好是五常国家:中、美、俄、法、英。在对待核武器上,各大国也是无比默契。



1968 年,美苏英倡议各国签署《不扩散核武器条约》,并经联合国批准于 1970 年实施,规定 1967 年 1 月 1 日前制造并爆炸核武器或其他核爆炸装置的国家为核武器国家。仔细一瞧,全是这五个,使五常成为唯一合法的核武器国家。



而面对 2017 年递交的使核武器全面非法化的《禁止核武器条约》,五大国都默契地选择缺席,没有投票。



不过,4 年前其实朝鲜自称掌握了氢弹技术,但也马上付出了代价。毕竟,这么破坏团结的东西,怎能让你轻易拥有。


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