热核武器(热核弹头和核弹区别)

热核武器(热核弹头和核弹区别)

  热核武器(热核弹头和核弹区别)

  一说到大规模杀伤性武器,大部分人的脑海里第一时间想到的肯定是核武器,“核武器就意味着毁天灭地”这个概念基本上已经成为大家下意识的反应了。确实,自从70多年前打开这个“潘多拉魔盒”之后,核武器就成为了悬挂在人类文明头上的那把“达摩克利斯之剑”,为什么这么说?因为纵观人类的发展史,其实就可以看成是一部战争史,文明的演变无时无刻不伴随着战争与杀戮,唯一的区别只在于:随着文明的发展,杀人的效率越来越高,从冷兵器时代进入到热武器时代后,战争中杀人的效率更是成指数级提高,直到上世纪40年代核武器现世后,大家才开始消停了,因为这玩意好像确实可以把人类“送回石器时代”。

  “喝彩城堡”热核试验

  所以,也正是得益于核武器所带来的这种巨大威慑力(把人类送回石器时代或许夸张了,但是重创整个人类文明是绝对可以的),现阶段的几个主要核大国之间都维持着一种微妙的平衡。言归正传,关于核武器的威力,其实不同类型的核武器之间差距是非常大的,同样也有着数量级的差异,而其中威力最大、真正能代表人类至高武力的就是热核武器,即今天我们这篇文章中要讨论的——氢弹。说到这里,第一个问题就出来了,为什么氢弹被称为热核武器?这个就涉及到了氢弹的原理,简单来讲,氢弹的原理就是:在极高的温度下,一些质量较轻的原子核,比如氘和氚(氢的同位素,音分别同“dao刀”和“chuan川”)就会发生“聚变反应”,即聚合生成质量更大的重元素,同时释放出巨大的能量(远远超过同单位的重原子核裂变释放的能量)。如下图所示,就是氘氚聚变的示意图:

  氘氚热核聚变

  而这种轻原子核在极高温环境下发生聚变反应的过程,就被称为“热核聚变”,因此这就是氢弹被称为热核武器的原因所在。但是这里又有个问题,就是上面提到的那个反应条件:极高的温度。这个“极高的温度”究竟有多高呢?有没有一个标准的范围?严格来讲其实是没有的,在这里我简单解释一下,就比如当温度为一亿摄氏度时,热核材料在这种条件下可以发生剧烈且可持续性的热核反应,那么是不是意味着温度只有5000万或者3000万摄氏度时,热核反应就不会发生呢?并不是,千万摄氏度的高温已经可以引发一些轻原子核之间发生热核反应了,只是在这种温度下发生的核反应在效率上远远比不上一亿摄氏度时的(比如只有一小部分热核材料参与了反应),即热核反应的剧烈程度更低,并存在反应过程不能自发维持的可能,原因则是跟粒子的热运动有关,环境的温度越高,粒子此时的运动状态就越剧烈,越容易突破原百思特网子之间斥力(电磁力),碰撞聚合的概率也就越大。

  微观粒子运动

  因此,我们可以这样认为:温度的高低主要影响的是热核反应的效率以及是否能够保证反应的可持续性,而对于热核反应是否能够发生却并没有太过严格的温度条件限制。但是,在武器的制造上要造一个可以营造上亿摄氏度甚至更高温度环境的装置来引发热核反应的顺利进行,以目前的技术水平来看是不现实的,也就是还造不出来。所以,那有没有一种办法在降低环境温度的同时,保证热核反应的效率和持续性呢?还真有这个办法,就是提高环境的压力,而这个压力又需要提高到什么程度呢?提高到“恒星内部中心压力”的这种程度,最简单的例子就是太阳,她的中心温度只有约1500万摄氏度,但是里面却可以时刻发生着热核聚变,原因就在于太阳是一颗恒星,它内部的压力是非常大的,我们可以理解成:在这种超高压的条件下,原子之间距离就会减小,运动时就更容易发生碰撞聚合。

  天然的热核反应堆——太阳

  所以,只要增加一个“极大的压力”这个条件,那么就可以在温度“相对较低”的情况下保证热核聚变的顺利发生,但是以人类目前的科技水平,这个“极大的压力”是很难用常规手段来实现的,也就是难以提供一个可以发生热核聚变的极高温高压环境,而既然常规手段实现不了,那么有没有什么非常规的手段呢?同样也有,就是利用原子弹,原子弹爆炸时,它的爆心就是一个足够引发氘、氚之间发生热核聚变的绝佳环境。因此,为什么现在的氢弹都要用到原子弹来当点火的扳机?原因就在于上面所说的这些,现阶段除了同样是核武器的原子弹之外,没有任何一种常规武器能用来给氢弹点火。下图中的就是Teller–Ulam(泰勒-乌拉姆)构型氢弹原理简图:

  泰勒-乌拉姆构型氢弹

  从上面的T-U构型氢弹示意图中我们可以知道,它有两个反应结构,分别是初级(Primary)和次级(Secondary),那么这个反应过程又是怎样的呢?在这里给大家简单来说一下,首先,所谓的百思特网初级反应结构其实就是一个微型原子弹,不过在它的中心部分还包裹了一定数量的热核材料氚,这个微型原子弹的主要作用就是为接下来的次能反应提供高温高压、高能中子流;而在次级结构中则是主要有氘化锂-6、铀-235以及钚-238等核材料,然后在初级反应产生的高百思特网能中子流的作用下,氘化锂-6会生产氘,最后氘和氚就会在极高温高压下发生聚变反应,除了释放出能量之外,同时也会产生大量的高能中子,而这个聚变产生的高能中子流反过来又会促进前面的钚-239、铀-235和铀-238发生裂变反应,从而进一步释放出更多的核能。没错,就是铀-238在高能中子的轰击下也会发生裂变的,只是不会出现链式反应。

  两个次级结构的三相弹

  因此,说到这里,有关氢弹原理的相关知识基本上就介绍完了,至于我们平时听到的什么三相弹、两相弹,其实就是跟它次级结构数量有关,只有一个初级和一个次级反应结构的,就是两相弹;一个初级加两个次级结构的,是三相弹;所以,以此类推,四相弹就是一个初级+三个次级结构,五相弹是一个初级+四个次级结构……n相弹是一个初级+(n-1)个次级结构,次级结构底板数量越多,通常氢弹的威力也就越大,同样,为什么说氢弹的威力理论上是无上限的呢?就是因为它的次级结构数量可以一直堆下去,当然了,真正意义上的无限大是不存在的,毕竟等质量大到一定程度,这玩意就成了一颗恒星了,会稳定的发光发热,不会再发生核爆炸。

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