九乡新闻网鸳鸯秘谱 劲爆图:核弹工作原理：裂变与聚变
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2010-08-30 17:57:22 来源: 博闻网(北京) 跟贴 63 条 手机看新闻你或许从历史书中知道第二次世界大战中使用了原子弹，也已经见识过这些装置所拥有的令人难以置信的破坏力，那么它们的原理是怎样的呢？在这篇文章中，你将了解使核弹威力如此巨大的物理学原理以及核弹的设计、核爆炸的后果等方面的知识。
核弹的类型
枪触发式裂变弹
在广岛爆炸的“小男孩”就是一枚枪式裂变弹
将多个亚临界质量的燃料块结合在一起的最简单的方法是将一块燃料用枪发射到另一块中。球形的铀-235分布在中子发生器的周围，一小块铀-235子弹被移出。这个子弹被放置在长管子的一端，后部装有炸药，而燃料球则被放置在另一端。气压感应器决定引爆的适当高度并触发下列一连串的事件：
1.炸药爆炸驱动子弹沿枪管向下运动。
2.子弹撞击燃料球和发生器并引发裂变反应。
3.裂变反应开始。
4.核弹爆炸。
“小男孩”就是这类核弹。它有14.5千吨当量（等价于14500吨的TNT炸药），效率约为1.5%。就是说，在爆炸将裂变材料炸开之前有1.5%的材料发生了裂变。
内爆触发式裂变弹
在长崎所使用的“胖子”则属于内爆式裂变弹
早在曼哈顿计划（即美国开发原子弹的秘密计划）中，参与这个计划的科学家们就意识到通过内爆将多个亚临界质量压缩成球形是一个制造超临界质量的好办法。这个想法有很多问题，特别是应该怎样控制和引导冲击波以使之均匀地分布在球形中。不过，曼哈顿计划的团队解决了这个问题。内爆装置由铀-235球壳（反射层）和被高强度炸药包围的钚-239燃料核组成。当炸弹被引爆，将发生如下的事件：
1.炸药点火引爆，制造冲击波。
2.冲击波压缩燃料核。
3.裂变反应开始。
4.核弹爆炸。
“胖子”就是这类核弹。它有23千吨当量，效率为17%。这类炸弹在几分之一秒内爆炸。而裂变则通常发生在5600亿分之一秒内。
现代内爆触发设计
在最新的改进型内爆触发设计中，引爆的过程如下：
1.炸药爆炸并制造冲击波。
2.冲击波驱动钚碎片形成一个球。
3.钚碎片撞击位于球心的铍/钋弹丸。
4.裂变反应开始。
5.核弹爆炸。
聚变弹
B61空投核弹完全拆解图
裂变弹能够爆炸，但是它们的效率不高。聚变弹，也称热核弹，有比裂变弹更高的当量和效率。要设计聚变弹，需要解决下列问题：
1.聚变的燃料氘和氚都是气态的，这使得它们难以存储。
2.氚供应短缺并且半衰期很短，所以将不得不持续地补充炸弹中的燃料。
3.为引发聚变反应，氘或氚必须处于高温高压的状态下。
首先，为存储氘，气态的氘可以与锂进行化合形成固态的化合物氘化锂。为解决氚的问题，核弹设计者意识到裂变反应产生的中子可以将锂转化为氚（锂-6与一个中子作用生成氚和氦-4，锂-7与一个中子作用生成氚、氦-4和一个中子）。这就意味着氚并不需要被存储在核弹中。最后，斯坦尼斯罗·乌拉姆（Stanislaw Ulam）意识到，在裂变反应中释放出来的大多数辐射是X射线，而这些X射线能够提供引发聚变反应的高温高压。因此，通过在聚变弹中装入一枚裂变弹，这几个问题就能得到解决。
泰勒-乌拉姆型聚变弹
泰勒-乌拉姆式聚变弹
为理解这种核弹的设计，想像弹壳内有一枚内爆的裂变弹和圆筒形的铀-238套管（反射层）。反射层内的是氘化锂（燃料）和位于圆筒轴心的中空的钚-239棒。将圆筒和内爆弹分离开的是铀-238护罩和填充核弹套管剩余空间的塑料泡沫。核弹的引爆导致如下事件顺序发生：
1.裂变弹爆炸，释放出X射线。
2.这些X射线加热核弹内部和反射层，而护罩则避免燃料过早引爆。
3.热量导致反射层膨胀并被烧尽，同时向内部的氘化锂施加压力。
4.氘化锂被挤压到大约原来的三十分之一。
5.压缩冲击波引发钚棒的裂变。
6.裂变中的钚棒释放出辐射、热量和中子。
7.中子进入氘化锂，与锂结合生成氚。
8.高温和高压的结合足以引发氘-氚和氘-氘聚变反应，从而生成更多的热量、辐射和中子。
9.聚变反应释放出的中子导致反射层和护罩中的铀-238碎片裂变
10.反射层和护罩碎片的裂变将生成更多的辐射和热量。
11.核弹爆炸。
所有这些事件在6000亿分之一秒内发生（其中裂变弹内爆需要5500亿分之一秒，聚变事件需要500亿分之一秒）。结果是比“小男孩”的威力高700倍以上的巨大爆炸：它有1,0000千吨当量。