製造一枚原子彈需要多少核材料?

2021-01-15 騰訊網

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製造一枚原子彈需要多少核材料?

專家解答:

▲ 槍法(上)和內爆法(下)原子彈結構示意圖

原子彈是利用鈾235或鈽239的原子核自持裂變鏈式反應原理製成的核武器,也稱為「裂變核武器」。要使鏈式反應自持地進行下去,原子彈中的裂變裝料必須大於一定的質量,這一質量稱為「臨界質量」。臨界質量的大小與裂變裝料的種類、密度等因素有關。

從科學推算得知,在沒有附加措施的情況下,鈾235裸球的臨界質量為52千克、δ相鈽239裸球的臨界質量為16千克、α相鈽239裸球的臨界質量約為10千克。如果在裂變裝料外面包上能反射中子的鈾238或鈹反射層,則可減小其臨界質量。例如,包有2釐米厚的鈾238外層時,δ相鈽239的臨界質量僅為11千克。提高裂變裝料的密度,也能減小其臨界質量,一般來說,密度提高1倍,臨界質量可減小至原來的四分之一。

原子彈的設計原理就是使處於次臨界狀態的裂變裝料瞬間達到超臨界狀態。根據超臨界狀態實現方式的不同,原子彈可分為槍式結構和內爆式結構兩種。槍式結構又稱壓攏型,即把兩塊或多塊處於次臨界狀態的裂變裝料,在化學炸藥爆炸產生的力推動下迅速合攏而成為超臨界狀態。內爆式結構又稱壓緊型,即利用化學炸藥爆炸產生的內聚衝擊波和高壓力,壓縮處於次臨界的裂變裝料,使其密度急速提高,而成為超臨界狀態。

臨界質量只是發生核爆炸的最低質量,具體到某一種型號的原子彈裝備核材料的質量,外界鮮有報導。二戰末期,美國投向日本的兩顆原子彈代號分別為「小男孩」和「胖子」,是迄今為止唯一投入作戰使用的原子彈,這兩顆原子彈的情況現已基本清楚。其中,「小男孩」是槍法原子彈,用了64千克鈾-235,另有12.8千克鈾-238和鈾-234同位素;「胖子」原子彈屬於內爆法原子彈,用鈽作為裂變材料,裝有6.2千克δ相鈽合金。

嶽江鋒:原中國國防科技信息中心軍事刊物主編,畢業於解放軍國防科技大學,曾在軍中服役20餘年,現為某研究所高級工程師、項目總師,獲軍隊科技進步二等獎1項,三等獎3項,在多家網絡媒體發表文章百餘篇,並創建了「謝武軍事」公眾號。

專家介紹

圖/ 源自網絡

出品/ 科普中國

作者/ 嶽江鋒

策劃/ 宋雅娟

監製/ 光明網科普事業部

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