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通俗易懂的解释下原子弹和氢弹的原理,识字就能看懂!

2019-05-05 来源:国外网站推荐 - 由豆库网整理 85

原子弹的另一个名称是裂变弹,和聚变弹(氢弹)一起统称为核武器!尽管核武器将两者统一在了一起,但裂变弹的原理和聚变弹是完全不一样的,甚至完全相反,但事实上两者却还得携手合作完成终极能量爆发过程!

通俗易懂的解释下原子弹和氢弹的原理,识字就能看懂!

一、裂变弹的原理

顾名思义,裂变弹就是利用重元素的裂变释放能量的一种武器,一般利用的裂变材料有铀235或者钚239!其原理(以铀235为例)是热中子在撞击铀235原子核以后分裂成钡144和氪89,并释放出0.86 MeV的能量,另外还将释放出2-3个中子!

而释放出的2-3个中子又将撞击其他铀原子核,这些有原子核将继续分裂并释放出更多的中子,如此循环形成链式反应!那为什么会裂变呢?是不是其他元素在遭受热中子撞击后也会裂变?要了解这个过程我们必须来了解下原子核,原子核是由质子和中子组成的,如下图:

1.为什么会裂变

质子数的区别决定了元素的种类,而中子数则决定元素的同位素!从1号氢元素开始到118号人造元素og为止,每一个质子数都代表一种元素,比较容易实现聚变的氢元素开始到铁元素为止,原子核之间的结合能是增加的,元素逐渐稳定,当过了铁元素之后的重元素,原子核的不稳定性逐渐增加,因为组成原子的质子和中子之间是有四种作用力中最强的强作用力聚合在一起的,但它的作用距离有限,在更多的质子聚合在一起的时候将会受到质子之间电磁斥力(质子带正电),质子越多则越不稳定,一直到能够衰变的放射性元素!比如118号元素,存在时间只有0.9毫秒即衰变成116号元素,随后则衰变成114号元素,再是112号元素,最后是56号元素钡!

2.临界质量

了解了为什么会裂变之后,我们必须要了解一个临界质量的概念!对于中子来说,原子核之内的空间犹如一个高尔夫球面对整个体育场,因此要让热中子在创出这块裂变材料之前尽可能撞到别的原子核,那么需要足够大的质量!而这个质量就是核材料的临界质量!

钚—239的临界质量为5千克;

铀—235的临界质量为15千克;

请注意,以上临界质量需要铀—238作为中子反射材料!

即使如此,在原子弹内的核材料被炸散之前参与裂变的比例仍然很低,比如广岛原子弹的核装药大约是64千克铀235,但只有不到1千克的核材料参与了裂变,最终产生的质量亏损约1克不到,但其释放的能量约相当于2万吨TNT,当然有兴趣的各位也可以根据质量亏损约0.0945%以及爱因斯坦的质能公式计算下具体的当量!

二、聚变弹的原理

其实相对于裂变弹,聚变弹的原理更简单一些!即轻核原子核聚变成重核原子核,并释放出巨大能量!

说起来容易做起来难,要让原子核撞击到一起聚变需要极高的能量,因为第一原子核周围存在电子,比如要在高温下使其核外电子脱离原子核的束缚而让原子核有机会碰撞,但并非核外电子游离即可,而是需要极高的能量让原子核高速运动,才有更多的机会撞击到一起形成新的元素,而这个温度简直就是变态!比如在无压力的条件下,氚氘原子核需要大约1亿度的温度才能实现聚变!(太阳核心大约是1500万摄氏度以及2500亿个大气压)

当然这并没有难倒我们的科学家,因为原子弹爆炸的即形成超高温与超高压条件,只要将原子弹的高温高压在聚变装药的周围保持足够的时间,那么中心的聚变装药(一般是氘氘化锂6氚氚化锂6)素就有有机会大量聚变!而这个聚焦结构设计这是绝密,全世界真正突破的国家就两个,一个是美国,用大量实验得到的结果!另一个就是中国,是于敏老爷子拿这笔杆子计算出来的!因此真正算得上大神的唯有于敏老爷子!

前文说了在原子弹装药被炸散前尽量让更多的裂变元素参与聚变,并且不能让装药的裂变材料超过临界质量,因为在临界质量以上的话衰变产生的中子即可链式反应,这将导致意外的不可控状态!多个条件将导致原子弹的威力不能无限制增加(一般都不超过几十万吨),因为大部分都是浪费的!但氢弹则没有这个问题,可以通过优化设计而达到令人难以想象的程度,比如全世界最大威力的氢弹-前苏联制造的沙皇炸弹,原本威力是一亿吨,但后因测试地条件限制减配为5000万吨,实测威力5800万吨,爆炸测试点是北极圈内的新地岛!

沙皇炸弹总共制造了两枚,这是另一枚!

无论是什么原理或者是多大威力,我们并不希望有第三枚原子弹或者氢弹被实弹应用,核武器或者热核武器对于人类来说,那都是毁灭性的,希望未来不会有热核战争!


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