原子彈製作摘要

閱後即焚;

今天我們已經知道了原子彈的基本原理是核裂變,利用鈾元素,確切的說是鈾-235(原子核內有143箇中子和92個質子),當一箇中子,快速攻擊一個鈾-235的原子核時(圖一),會分裂出另外兩個元素鋇和氪,同時還有200兆電子伏特的能量。

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圖一



更刺激的是,伴隨著能量的產生,還會使原子核內的中子產生,繼而繼續轟擊其他的鈾-235(圖二),從而引發不斷的核裂變,稱為鏈式反應。


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圖二

此反應的威力巨大,一克完全裂變的鈾-235,就相當於20噸的TNT。

不過要想引發鏈式反應,並不簡單。

首先需要將鈾材料提純(通常中含有鈾-238,此種同位素會捕獲裂變過程中產生的中子,使裂變反應不容易進行),一般要將鈾-235的材料提純找90%以上。

其次,有的原子核過小,佔整個原子的萬分之一,裂變產生的中子,容易錯過原子核,無法完成次級鏈式反應(圖三)。

圖三

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所以我們通常將核材料做成球形,因為同等體積下,球形的表面積最小,洩露的中子也最少。

好了,接下來是臨界質量

鈾材料的純度、形狀、密度等因素決定了臨界質量(鈾材料剛好能維持鏈式反應的最低質量),根據米國的核武器研究基地,洛斯阿拉莫斯的文件(已解密,圖四)

圖四

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大概的理論知識有了,現在就開始,實例分析。

如圖,圖五,是美國1945年在日本人投放的原子彈之一---小男孩的圖紙,代表著最典型,也是最經典的原子彈結構,其結構為槍式,類似於一個槍膛。

圖五

GIF

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啟動時,尾部的電子雷管將,引爆炸藥包,從而產生一種氣體推動圓柱形的鈾塊,撞擊另一個圓柱形的鈾塊,並嵌入(類似於造人的運動過程),此時,鈾塊合體將超過臨界質量,同時撞擊與鑲嵌發生的同時,合體後的鈾塊,將撞擊一系列的鈹球,由此產生大量的中子,引發核裂變,如圖六。

圖六


此外碳化鎢包裹住的鈾塊,可以充當鏡面效果,來回反射裂變和次級裂變產生的中子。加速反應,應發核爆炸。

但是,這種槍式結構,有一個缺點,就是在反應初期,鈾材料會迅速膨脹,其密度下降,進而導致,體系無法達到臨界質量,使鈾的利用率變低。而內爆式的胖子,採用層層包裹的結構,從外往裡反應。

啟動時,電子雷管,會同時引爆,金屬板下一共32個炸藥包,衝擊波將往裡擠壓一層球狀推體(又容易變形的鋁製成)。最總不斷擠壓到中心的核材料。(圖七)

圖七

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因為擠壓,中心的和材料,密度上升,而裡面的鈹球會釋放中子,引發核裂變,同時外面還包圍著一層鈾-238,來不停的反射的中子,加速反應,引發核爆。這種反應結構讓核材料更充分的反應(圖八)


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其實,最難的一步,是獲取鈾礦和提純鈾礦,天然的鈾礦非常稀有,且99%都是鈾-238,可用的鈾-235,僅佔0.7%。

湖南人注意了,中國的鈾礦重鎮在湖南,比如1964,我國第一顆在羅布泊爆炸的原子彈,其中的鈾原材料就來自郴州的711礦和衡陽的712礦。

我國人民艱苦奮鬥的光榮傳統,也讓不少民間人士,自己研究煉鈾的工藝路線,最為出名的是2007年四名湖南籍的礦工和農民工煉製了八公斤純度高達56%的鈾產品,在偷運到廣州販賣時被抓。

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