新型氫彈爆炸當量只有幾十噸,為什麼比原子彈威力還小?

關心核武器的朋友們可能都知道,正常原子彈都是上萬噸的TNT當量,而氫彈都是幾十萬噸到千萬噸的TNT當量。廣島原子彈小男孩爆炸當量1.3萬噸,長崎原子彈胖子的當量為2.1萬噸。而氫彈都是原子彈點爆的,怎麼也應該比原子彈威力大吧?

鈾235的臨界質量(自發裂變反應的最低質量)為16公斤(每公斤完全裂變釋放能量約2萬噸當量),鈈239的臨界質量為5公斤(每公斤完全裂變釋放能量約2萬噸當量略高於鈾)。看完這組數據,很多朋友都會計算,就算是鈈239爆炸也該有10萬噸的當量啊。但美國最小的戰術核彈頭只有幾十噸當量,這怎麼可能呢?

新型氫彈爆炸當量只有幾十噸,為什麼比原子彈威力還小?

我們先看看廣島原子彈小男孩的數據,看看有沒有什麼線索。小男孩一共裝填了64公斤的鈾235,算起來應該是128萬噸的當量水平,但實際爆炸卻只有1.3萬噸的當量水平。這是怎麼回事呢?原來,裝填的炸藥沒有全部反應,只反應了一小部分。

那麼是不是通過燃料浪費就可以達到小當量了呢?理論上是可行的,可是從經濟上和技術上都是不允許的,這麼寶貴的燃料怎麼能隨便浪費呢?因此後來的核彈燃料利用率只會越來越高,而不會越來越少。那還有什麼原因呢?

新型氫彈爆炸當量只有幾十噸,為什麼比原子彈威力還小?

我們再去看看臨界質量,臨界質量是指核燃料能夠自發進行鏈式反應的最小質量。而鏈式反應需要中子去點火,一箇中子撞擊鈾235或鈈239可以裂解產生幾個新原子和三個新的中子,三個新中子可以再去攻擊其他鈾或鈈原子,從而反應越來越多(指數級增長),產生的能量也越來越多,最終發生爆炸。

新型氫彈爆炸當量只有幾十噸,為什麼比原子彈威力還小?

neutron中子,proton質子,中子激發鏈式反應

然而實際情況是,有些中子可能會從反應堆裡出來,從而跑掉,限制了反應的烈度,甚至終止裂變反應。而且核燃料質量越小中子逃脫的機會就越大,反應持續進行就越困難。為了更高效地反應,就需要考慮留住或拿來更多中子才行。於是可以採取兩種辦法,一種是增加中子反射層,把跑掉的中子再趕回來(早期的原子彈主要使用這個方法);另一種是增加中子來源,讓更多中子參與鏈式反應。

新型氫彈爆炸當量只有幾十噸,為什麼比原子彈威力還小?

只要中子夠多,鏈式反應的臨界質量就可以不斷縮小,甚至可以縮小到剛才說到的臨界質量的萬分之一以下。換句話說,只要條件合適,臨界質量並不是一個不能改變的量。現實中,有很多物質都可以在一定條件下產生大量中子,比如鈹、鋰6等。

另外,氘和氚產生的核聚變也能產生大量中子(氫彈、中子彈都要利用這些中子)。因此只要條件合適,把原子彈的臨界質量變小,結合聚變反應產生的中子相互激活,反應威力變小是完全可能的。因此,世界核大國都製作出了輕型化、小當量的核武器,投送方便、核輻射小,稱為戰術核武器。比如我們前面介紹的中子彈。

當初中國造出中子彈,美國根本不相信中國人自己能搞出來,所以把華裔科學家李文和給抓了起來。但是我們的本土科學家于敏及其團隊是有很深的理論功底的,攻克小型化和中子彈沒需要國外任何幫助!

新型氫彈爆炸當量只有幾十噸,為什麼比原子彈威力還小?

W80核彈頭

現在戰略核武器的當量水平都是幾十萬噸的水平,雖然達不到早期氫彈千萬噸級的當量水平,但小型化易投放,其戰略威懾意義更大。世界核武儲備量(主要是美俄儲備量)足可以把全世界人類殺死好多遍,這在一定程度上阻止了大規模戰爭(尤其是核戰爭)的爆發。

但小當量戰術型核武器的大量儲備,從一定程度上又增加了發生核戰爭的風險,因此必須要嚴格限制這類武器的生產、使用和技術洩漏。(當然,我知道的這些都是公開的秘密。我們知道這些以後,你依然造不出核武器,但可以分析美國為什麼要重點發展戰術核武器了!也可以瞭解戰術核武器帶來的潛在危機!)

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