為什麼原子彈的威力有上限,而氫彈沒有?

2021-01-13 次武菌

說的專業一點就是,核裂變有一個臨界值概念,這個問題限制了裂變原子彈的裝藥量,裝藥太少不足以引爆核彈,裝藥太多它有可能自爆,可以理解為「走火」,而氫彈就沒有這個問題,氫彈的核裝藥可以無限堆積,堆得越多威力就越大。

要明白臨界值,先要搞清楚核裂變,簡單來講就是一個極不穩定(帶有放射性)的原子受到高速粒子撞擊後,粉碎成小型原子,這個過程會釋放出巨大能量和更多的高速粒子。

(圖示:核裂變過程)

一個鈾-235原子被中子撞擊後,一般會碎裂成2到3個小原子,釋放出2到5個中子,-239的裂變差不多。如果這些高速中子再繼續撞擊其它的不穩定原子,就會繼續釋放出能量和高速粒子,以此類推持續下去就是鏈式反應,可以理解為核裂變連續進行。

但是,核裂變的前提是高速中子擁有足夠的速度,並且撞到了不穩定的原子核,而原子核又是體積非常小的存在,它只佔據原子的很小一部分體積,就好比太陽的質量和體積很大,但在太陽系中是個很小的存在,彗星都很難裝到它。同樣的道理,高速中子也很難撞到不穩定的原子核,想讓核裂變連續進行並不容易。

(電子很難撞到原子核,因為它的體積非常小)

這就需要增大不穩定質子的數量,來提高中子撞到原子核的概率,就好比你開槍射擊800m外的一個人會非常困難,可如果800m外站滿了人,隨意開槍就能命中其中的一個人。質子的增加就是核裝藥質量和體積的增加,只有達到一定的質量和體積才能引發鏈式反應,這個標準就是臨界值。

(原子太少的情況下,只有很少數原子核能被撞到)

臨界值與很多因素有關,核裝藥(鈽、鈾)的純度、外形等等,但不管什麼樣的外形,它都是有一個極限的,這個極限往往就是核裝藥數量的最大值,一旦超過這個值,高速中子很容易就能撞到一個原子核,核裝藥在沒有外力作用的情況下,都有可能引發鏈式反應造成危險後果。

(如果原子非常多的情況下,只要啟動核裂變,大部分的原子核都會被撞到)

以槍式原子彈為例,這種結構內部包括塊高純度的金屬鈾,一塊固定安置(被稱為子彈),另一塊可在外力作用下移動(被稱為目標),這兩塊金屬鈾都不能達到臨界值,如果將金屬鈾加工成圓球狀,那麼它的臨界值大概就是52千克,很明顯這種槍式原子彈的核裝藥上限也就是100千克了,因為裝太多的話會讓兩個金屬塊裝藥的質量逼近臨界值,進而導致原子彈很不穩定。

(槍式結構原子彈)

當然了,現實中的原子彈裝藥不一定都是半球裝,而具體的形狀又會導致臨界值變化,工程師可以通過優化裝藥形狀來提高臨界值,進而給原子彈裝進去更多的鈾-235金屬,但不管怎麼說,這都是有極限的(爆炸威力不僅和裝藥數量有關,還與撞擊速度、密度、純度等其它許多因素有關,在工程上都是可以優化的)。一般認為,美國在1955年製造的MK-18助爆式原子彈,裝藥已經被優化到極限,威力也已經到達最上限,大約50萬噸TNT炸藥的爆炸當量,這個當量也被認為是原子彈的威力極限。

但是氫彈就不一樣了,氫彈利用的是核聚變原理,輕質量的原子在高溫高壓作用下融合成一個原子,期間會有少量質子和中子伴隨著大量能量釋放出來,這個聚變過程不需要高速中子撞擊原子核,也就是不依賴鏈式反應,只要周圍的溫度和壓強滿足需要,哪怕只有兩個原子也能進行核聚變。

(上圖是氫彈的結構簡圖,次級部分的核聚變材料不受臨界值影響)

同理,這個核聚變也是沒有上限的,因為不管你堆積了多少核聚變材料,只要外界的溫度和壓強沒有達到引發核聚變的標準,核彈都是安全、穩定的,因此在抗得動的前提下,氫彈的威力可以無限提高,把地球上所有的核聚變材料裝進一顆氫彈內也是沒問題的。目前,飛彈運載能力最大的國家,往往能製造出威力最大的氫彈,比如蘇聯的「大伊萬」,爆炸當量5000萬噸TNT裝藥,是目前已知最大威力的氫彈,之所以有這個上限,是因為太重的話飛彈不動,而非氫彈的設計上限。

相關焦點

  • 都聽說過原子彈,但為什麼氫彈比原子彈威力大成百上千倍?
    都聽說過原子彈,但你知道為什麼氫彈比原子彈威力大成百上千倍嗎?人類在將核能應用於軍事領域的道路上,先後研製成功三個具有裡程碑意義的產品,分別是1945年投入實戰的原子彈、1952年完成試爆的氫彈、1977年試驗成功的中子彈。
  • 一顆氫彈威力為什麼遠大於原子彈?
    氫彈,是以核聚變為原理,製造出的威力遠超原子彈的超級大殺器,上世紀二戰結束後 原子彈的使用讓各國恐慌不已,但早期的原子彈,無論是質能轉化率還是威力,都不足以滿足當時的美國和蘇聯
  • 原子彈和氫彈相比,哪個的威力更大一些?原子彈只能給氫彈點火?
    引言:說到核武器,相信很多人都能說出原子彈和氫彈,因為這些名字常常能夠在新聞裡聽到。雖然大家都聽過這個名詞,但是很多人分不清它們之間的區別,也有人認為這兩個名詞就是同一種武器。那麼原子彈和氫彈的區別是什麼呢?誰的威力更大些呢?
  • 一枚氫彈的威力到底有多大?
    氫彈的爆炸原理與原子彈是不一樣的,原子彈的因為其材料存在臨界質量,因此裝藥結構比較複雜,而且在被炸散前參與裂變的有效質量比較有限,因此原子彈基本上會有一個當量的上限,一般其很少會超過30-50萬噸!鏈式反應的裂變過程,理論上也是無限的,但實際操作很難做到這個無限當量!
  • 原子彈與氫彈哪個威力最大?氫彈:原子彈只配給我點火
    談到原子彈,很多人會想到二戰後期美國對日本投放的兩顆原子彈。這兩顆原子彈至少造成二十萬人死亡,由此可見原子彈的威力有多大。二戰結束後,核武器技術日趨成熟,各國相繼研製出氫彈以及中子彈。從它們的發展趨勢來看,氫彈是原子彈的升級產品,殺傷力更強。那麼,氫彈的威力究竟比原子彈強多少呢?
  • 氫彈的威力到底有多大?大到整個地球都沒有地方試爆!
    說起目前世界上威力最大的武器,很多人第一反應想到的就是核武器,而在所有的核武器中,威力最大的莫過於氫彈了,因為從理論上講,氫彈和原子彈是有區別的,它的殺傷能力幾乎沒有上限,也就是趨近於無窮。其實到達一定程度之後,再增加當量,對有生力量的打擊已經沒有什麼差別了。
  • 原子彈和氫彈,誰的威力大?
    核武器是現在人類掌握的威力最大的武器,存在當量的概念,即相當於多少噸TNT炸藥爆炸的能量。如果是同樣質量的原子彈和氫彈,氫彈的爆炸威力更大,大約是原子彈的4倍。本文將具體敘述原子彈和氫彈的核反應原理以及他們的區別。
  • 氫彈威力是原子彈的多少倍?理論上只有八倍,實際上相差百倍
    原子彈與氫彈的威力對比是沒有一個絕對數值的!原子彈是由核材料鏈式裂變反應釋放能量的,而氫彈則是由核材料的熱核聚變釋放能量的,單純的從能量角度分析,一千克核裂變材料完全裂變所釋放出的能量約為2700噸標準煤,而1千克輕核材料聚變釋放的能量約為2萬噸標準煤,也就是說同等重量下,核聚變釋放能量約為核裂變的8倍左右!所以理論上分析,同樣質量的氫彈威力約為原子彈的8倍!
  • 原子彈、氫彈、鈷彈的威力有多恐怖?誰才是最強武器王者?
    原子彈的威力通常為幾百至幾萬噸TNT的當量,有巨大的殺傷力和破壞力。當量為2萬噸級的原子彈「小男孩」在廣島上空666米處爆炸,在爆炸中心12公裡範圍內的建築全部被摧毀,廣島將近三分之二的建築被摧毀;而投向長崎的原子彈「小胖子」,其當量比「小男孩」要稍微多一點。
  • 假如地球上只有原子彈,沒有氫彈,世界會是什麼樣子?
    相信很多朋友都認為,原子彈和氫彈都是核武器,無論哪個都會導致核災難,這有區別嗎?但事實上根據兩者的結構和威力的不同,差別可是大了去!原子彈和氫彈在結構和威力上到底有什麼區別?原子彈和氫彈統稱核武器,但原子彈和氫彈卻有質的差別,熟悉核武器的朋友經常將原子彈稱為裂變彈,而氫彈則稱為聚變彈,兩者的差別也就在這名字上!
  • 原子彈和氫彈哪一個威力更大?為何全球只有中國,還有氫彈呢!
    文/貓行圖/網絡原子彈和氫彈哪一個威力更大?為何全球只有中國,還有氫彈呢!中國自改革開放以來,就不斷的去發展著自身的科技力量,而保衛國家就一定要有核武器,一個國家只有擁有了核武器的技術,才能夠不被其他國家所侵略。而其實如果要提到核武器,可能大多數的人都會想到我國的第一顆原子彈爆炸。兩彈一星鄧稼先先生,他為中國所做出的成就,絕對是需要被所有中國人致敬的。
  • 沙皇氫彈:全世界只有2枚,威力比原子彈還兇悍
    導語:沙皇氫彈:全世界只有2枚,威力比原子彈還兇悍大家都知道,原子彈是威力巨大的武器之一,二戰期間日本廣島和長崎就領略過原子彈的厲害之處。也正因為原子彈的可怕之處,二戰結束後,人們限制使用核武器。世界上除了原子彈,還有一種炸彈威力比原子彈還要厲害很多,那就是沙皇氫彈。沙皇氫彈是蘇聯在冷戰期間研製的,世界上只有兩枚,當時試爆的時候爆炸了一枚,還有一枚被蘇聯留著作為研究使用,目前被俄羅斯繼承了。氫彈爆炸的威力要比原子彈還要恐怖上千倍,就連美國也忌憚不已。如果經歷過當年蘇聯試爆其中一枚沙皇氫彈的人,就知道當時的威力到底有多強了。
  • 原子彈、氫彈、三相彈、中子彈哪家強?核武器威力排行榜
    在漫長的發展中,武器也在不斷升級,殺傷力自然是呈爆炸性的增長,其中威力最大的武器莫過於核武器。 核武器作為一種威力巨大的武器,有氫彈、原子彈、中子彈、三相彈等等種類,那麼這些核武器的區別是什呢?誰的威力更大些呢?
  • 原子彈和氫彈哪個威力大?為何全球只有中國還有氫彈?只因一個人
    原子彈的原理是核裂變,氫彈的原理則是核聚變。 那麼問題來了,氫彈和原子彈哪個威力要更大一點? 當然,從誕生的時間順序看,似乎靠後的氫彈威力要更大。不過,要系統解釋這個問題,必須從其源頭核聚變和核裂變的差別說起。
  • 原子彈身為核武器小老弟,為什麼威力永遠超不過50萬噸TNT當量?
    一枚原子彈威力有多大呢?原子彈因為只是利用最基礎的核裂變能量,因此只能算是核武器中的小弟弟,威力和聚變熱核彈頭(氫彈)根本沒法相提並論。一枚原子彈的殺傷力有多大具體得看它的TNT當量,因此這個區間實際上也是相當寬裕的,但是因為裂變臨界質量的限制,上下都有一個極限。
  • 原子彈和氫彈哪個威力大?為何全世界僅中國還有氫彈?只因一個人
    原子彈的威力有多大?在1945年日本廣島、長崎遇襲之前,人們對於核武器的認知還只停留在理論知識層面,但廣島和長崎分別遭遇原子彈襲擊之後,人們都清楚了核武器的真實威力。
  • 原子彈與氫彈的威力到底有多大,為何能瞬間將一座城市,夷為平地
    原子彈和氫彈是核武器的統稱,也是人類目前製造出威力最大的殺傷性武器,它們以核反應釋放出巨大能量,產生大規模破壞性作用,原子彈與氫彈的原理有所不同,一個以重核裂變,一個是以輕核聚變。
  • 美國用原子彈轟炸日本,又用氫彈傷害日本人,威力是原子彈1000倍
    二戰末期,美國用原子彈轟炸日本。後來,又用氫彈傷害日本人,威力是原子彈的千倍。1945年7月26日,美、英、中發表了《促令日本投降之波茨坦公告》,敦促日本迅速無條件投降,但日本不識時務,置之不理。1945年8月6日,美軍出動B-29轟炸機,來到廣島市上空。之後,美軍投下了一顆代號為「小男孩」的原子彈。當量為1.5萬噸TNT炸藥。
  • 氫彈比原子彈威力更大,核輻射強不強?真相絕對顛覆你的想像
    原子彈自誕生起來就是恐怖武器的代表,那究竟原子彈的威力有多大,我們沒有機會去感受一下,當然我們也是1000個不願意去以身試險的。不過從照片和一些真實的數據上我們還是能從側面了解原子彈的威力的。當年美國在日本的廣島和長崎投下了兩顆原子彈,其中廣島有25.5萬人死亡,20多萬人失蹤;長崎死亡人數為23萬人,將近15萬人失蹤了,整個國家大概有2/3的建築都毀於這兩個原子彈。
  • 中國現存的30枚氫彈,一枚威力到底有多大?氫彈之父親口認證
    目前核武器是已知的威力最強的武器,雖說只在二戰末期使用過一次,但當時兩枚原子彈爆炸的威力不僅讓日本損失慘重,也加速了這場世界大戰結束的步伐。隨後,為了保證核武器不被無度使用,國際上對核武進行了嚴格控制,不過,對於核武的研究並沒有因此停止。