原子弹和氢弹有什么区别?
区别非常大。
虽然原子弹和氢弹都被统称为核弹,但二者的原理并不相同。
从物理原理上来说,原子弹属于裂变弹,原理是原子裂变链式反应。
氢弹是核聚变反应,原理是核融合。
原子弹技术简单地说,人们利用技术手段来加速一些中子,把它们变成子弹喷射出去。
这些中子形成密集的粒子流,撞向前方准备好的核反应材料“靶子”。
“靶子”由高浓缩的铀235或钚239构成,当中子射流撞上它们的时候,便会产生被称为“裂变”的反应。
铀或钚原子被中子击中后,会分裂成较轻元素的原子,同时释放出巨大的能量。
按照当年曼哈顿工程的数据,1kg铀的裂变,能产生相当于17.5kg TNT的爆炸当量。
在裂变反应的同时,原子还会释放出平均2.5-3个“自由中子”。
这些自由中子会分散开来,形成更密集的射流,去袭击其它原子。
即1个中子轰击原子,造成原子裂变,产生能量和3个中子,3个中子再轰击另外3个原子,产生3个裂变反应和9个中子……
这种几何式扩张的裂变,被称为“链式反应”,它是原子弹技术中最关键的一环。
但原子弹的弱点也出现在链式反应上。
整个链式反应出现在极短的瞬间,所以哪怕人们备了一大块核反应材料,也无法保证它们全都参与进核反应。
如投放到广岛的铀原子弹“小男孩”,它安装了60kg铀235,但只有不到1kg来得及产生反应。
这不到1kg的裂变,造成了1.3万吨TNT当量的核爆炸。
那些没有反应的铀235材料,全在裂变瞬间让爆炸给扬了,变成了强烈的放射性污染物。
反应时间这个问题,让设计原子弹的科学家头痛了很长时间。
如果不能将原子弹爆发时间进行管控,让更多的核材料参与进反应,原子弹的威力就很难提升。
人们没什么好办法,便只能通过增加反应材料数量的方式,来提高原子弹的威力。
这造成了一段时间里,原子弹越造越大,威力却提升不大,反倒越炸越脏的现象。
还间接逼迫着美苏研制更重型的战略轰炸机。
否则,一个“小男孩”就重达4吨,体积达到3mx71cm,后面更大的原子弹怎么办?
就在这时,人们想起曼哈顿工程里一个不合群的理论核物理专家爱德华·泰勒的核融合理论。
泰勒在50年代被美国政府从大学里召回,主持了氢弹研发工作,成为“氢弹之父”。
氢弹是聚变弹,原理为热核聚变反应。
它使用的材料是氢同位素氘(重氢)氚(超重氢),有些资料直说是氘化锂6。
1g氘化锂6反应释放的能量,是同等重量的铀235的3倍+。
氢弹可以视为原子弹的换代升级版,反应更彻底,释放的能量更大。
但它又不等同于原子弹,因为反应原理完全不一样。
关键就在这个“核融合”反应上,这个词儿与核聚变、热核反应是一个意思。
太阳这些恒星就是颗在不断核聚变的星球。
与射气球一样的核裂变不同,为了引发氢同位素的聚变反应,人们会制造出超高的温度和压力。
在超高温超高压的条件下,原子核会发生相互的聚合作用。
这样,就会诞生出新的,融合了质量的原子核,并产生剧烈的能量释放。
实际上核心原理与原子弹还是一样的,即促成原子核的融合变化,让其1+1,从一种原子核转化为另一种原子核,同时获取这个反应过程中产生的能量。
换个更容易理解的说法:
可以把氘氚材料看做是一块C4塑料炸弹,任你踩、烧、砸,它都不会炸。
但如果你用雷管去引爆,它就会变成凶猛的爆炸物。
氘化锂这类聚变材料就是如此,平常它们再普通不过,但只要通过手段去“点燃”,就能产生强悍的聚变反应。
只不过,这个“点燃”的手段很特殊,原子弹用TNT“点燃”,氢弹用的是原子弹点燃。
氢弹里面包含了一颗原子弹,称为内爆弹,用于氢同位素的“点火”,这是最简单的让氘氚元素聚变的办法。
否则,哪里去获得超高温高压?
实际上,当代可控核聚变技术也卡在这里,因为人们不能像引爆氢弹这么粗暴任性,所以只能呕心沥血地研发等离子约束、激光、托卡马克磁约束、重力场等黑科技。
而且,核融合比核裂变反应得更完全,所以尽管同等重量的氘化锂6威力仅仅是铀235的3倍+,却因为参与反应的物质多了很多,让氢弹的威力能十倍、百倍于原子弹。
当年苏联吃饱没事儿干制造的“大伊万”氢弹,起手当量1亿吨TNT,临时缩到5000万吨,是“小男孩”的3800倍。
而“大伊万”的重量才26吨,仅为“小男孩”的6.5倍。而且它非常干净,很环保。
所以,氢弹才是真正的实用型核武器,它们能更容易地实现重要的“核武器小型化”。
人们可以把威力超过广岛原子弹几十倍的氢弹,做到仅西瓜大小,装到巡航导弹或鱼雷中。
人们还能制造出一堆威力更巨大的核弹,七八上十个的塞进洲际弹道导弹中。
一旦核战争爆发,这些“快递”瞬间就能腾空而起,从亚轨道甩下一片密集的核弹覆盖式打击。
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