為什麼原子彈有上限,而氫彈沒有?

我站橘陽菜


廣島原子彈(左)和長崎原子彈(右)爆炸後產生的蘑菇狀煙雲。

從目前的核理論和核原件製造工藝來說,製造2萬噸級別的核彈需要32㎏左右的鈾235,實際上廣島原子彈用了60㎏左右,而鈈只需要11㎏長崎原子彈用了25㎏左右,也就是說:使用鈾235製造出來的原子彈當量越大,鈾的使用量就會越多!
廣島原子彈“小男孩”的示意圖,它是採用最簡單的“槍法”製造出來,雖然簡單但是原子彈是人類研製出來的最複雜武器,內部結構非常複雜,零部件數量也多,廣島原子彈使用的是U235核裝藥,爆炸威力只有2萬噸TNT當量,它的重量超過了3噸。



即便是現在技術水平提高了,如果用鈾235製造一枚50萬噸當量的核彈,那麼最後的武器重量會在2噸以上,這樣大的重量顯然不利於火箭類載荷工具,只能由大型轟炸機去投擲!而用鈈239去製造原子彈也會出現這個問題,雖然它的用量比鈾235少了很多,但是要是製造出來更大當量也必須增加鈈239的使用量...最後的結果也是武器變得非常大失去了實戰意義!所以,原子彈並不是說在製造上有限制,而是在武器化和使用上有限制。
圖片上是著名的“大伊萬”模型,它的核當量是5000萬噸TNT,由於顧及國際影響和環保的問題,它未在最外層使用鈾238做反射層而是使用了鉛板,有意的降低了核當量,要不然它應該是一億噸TNT當量級別的。

但氫彈核當量太大也是沒有意義的!當量過大在實戰當中並沒有體現出破壞威力就會更大,10枚1000萬噸TNT當量的氫彈頭的打擊目標的範圍和能力顯然是高於1顆一億當量的氫彈頭,所以氫彈也是有上限。
從目前核武器發展趨勢來看,已經不在追求大當量的核彈頭了,而是核彈頭的小型化,目前最先進的氫彈頭為40萬噸TNT當量以下,彈頭的重量在200公斤以下,採用更先進的“三相彈頭”設計,就是以:原子彈被扳機(次級),爆炸後轟擊主體,主體爆炸後又轟爆鈾238層,形成更加強烈的核爆炸,是核裂變→核聚變→再次核裂變這樣的爆炸反應,這樣的設計不但可以使氫彈頭的重量更輕,並且核材料用量也會更少!


隨著彈道導彈防禦技術的提高,洲際導彈的突突防變得非常重要,由於洲際導彈在載荷有限,就需要將核彈頭做的小一些,一枚洲際導彈如果攜帶10個分彈頭那麼它的突防能力就會得到極大的提高,而且這10個彈頭當中有真有假,大大的增加了防禦方的攔截難度,相反要是彈頭重量很大洲際導彈的載荷的數量太少,防禦方的攔截難度就會降低,導彈被攔截了核當量再大也沒啥實際意義,所以氫彈頭也必須要做的小一點才行。


皇家橡樹1972


簡單的來說,就是核裂變材料存在臨界質量和臨界體積上限,而核聚變材料理論上可以無限堆積材料,提高炸彈當量。原子彈的原料為鈾235或者是鈈239,結構則分為槍式和內爆式,雖然成分各異,但是它們的爆炸原理卻大同小異,都是通過起爆炸藥將分散的處於次臨界狀態的核裂變材料擠壓到一起,提高他們的密度,從而達到超臨界質量,最後發生爆炸。
▲內爆式原子彈和氫彈的原理

核材料裂變的原理很簡單,就是一箇中子撞擊一個鈾原子,鈾原子被打碎成2到3個小原子,在這一過程中除了釋放出大量能量外,還會再來再跑出來2到5箇中子,而這些中子會繼續撞擊其他鈾原子,隨著中子數量的不斷增加和撞擊的不斷加速,就會導致不可控的鏈式核裂變反應誕生,這就是原子彈爆炸的原理。



那麼是不是隻要把鈾235堆在一起就能夠發生鏈式裂變反應呢?當然不是,首先鈾235雖然屬於輻射材料,無時無刻不在向外散發中子,但是由於原子核的體積只佔據鈾原子的一小部分,因此中子並不能馬上撞擊到原子核,如果核材料的體積太小,這些中子在還沒偶遇到原子核之前就會飛到空氣中去,所以這就必須要求核材料必須具備一定的體積。


其次即使是武器級的核材料,其純度也不能達到100%,如果殘留一些鈾238,只有速度在2200米/秒以上的快中子撞擊才能引發核裂變。而如果核材料中還擁有一些諸如硼之類的成分,還可能將散射出來的中子吸收掉一部分。因此要發生鏈式核反應,核材料還必須保有一定的質量,只有質量夠了才能夠散發出足夠的中子,才能讓鏈式核裂變反應持續發展下去,而滿足這兩個條件其實就是讓中子增殖係數大於1,這就是所謂的臨界質量和體積。
▲濃縮鈾

原子彈就是把分散的核材料積壓達到臨界質量和體積,從而發生爆炸,但是如果為了提高原子彈的威力而不斷地增加核材料分量,最後就可能讓它們的中子增殖係數超過1,最後發生自發臨界質量,最後發生爆炸,因此原子彈的威力是不可能無限增加的,一般認為其上限為50萬噸TNT當量左右。


▲槍式原子彈原理

而氫彈相對來說就沒有這方面的顧慮,氫彈的原理是通過對諸如氘和氚這樣的輕原子施加高溫高壓,從而將其兩個原子核結合在一起,成為重原子,期間輕原子中部分電子和中子會被積壓出去,從而釋放出比核裂變高出大約5倍的能量,這就是所謂的核聚變!


我們從這裡能夠看出,核聚變並不需要中子的撞擊,充分必要條件就是高溫高壓加聚變材料,而聚變材料的重量和體積也並沒有上限。因此我們可以看出,在原子彈最大威力為50萬噸TNT當量的情況下,氫彈卻已經出現了5000萬噸TNT當量的奇葩(沙皇炸彈)!所以一個國家要真正實現可靠的核威懾,光有原子彈並不實際,發展氫彈才是長遠之舉,而印度在這方面的技術顯然還不成熟!


軍武吐槽君


原子彈其實也沒有上限,這類武器理論上只要能堆砌核材料,就可以製造出當量無限大的炸彈出來。

所以“大伊萬”一億噸的當量不算什麼,人們想做還可以做更大。但是呢,核彈這東西不是越大越好,“大伊萬”雖然看起來威力無窮,實際卻根本是浪費,如果人們把這1億噸級當量以10萬噸級劃分開來再平均撒佈,威力會大得多。要知道,日本的那兩顆原子彈都不夠2萬噸級,就已經能摧毀城市並造成巨大傷亡了。

況且太大的核彈根本沒法扔,超過轟炸機和導彈的投送極限後,核武器就失去了戰術價值,不能扔到敵人頭上的東西是沒威脅的。正因為如此,人們給核武器設定了設計上限,不再做吃力不討好的事。

原子彈目前在各核大國中已經停止了發展,它們主要以“推進裂變彈”的身份,作為氫彈的點火器而存在。氘氚核聚變需要極高的溫度,而人類的普通化學爆炸無法做到這點,便只能依靠裂變反應來輔助。在爆炸效率上,聚變反應的氫彈遠遠大於原子彈,人們也就不傷腦筋去研發原子彈了。

而且核彈爆炸有個問題,因為臨界時反應速度極快,所以許多核物質根本來不及參與反應,就會被先反應的一部分物質炸飛出去。例如日本廣島原子彈爆炸,“小男孩”使用了64公斤的鈾235,然而只有不到1000克進入了裂變反應,這其中又只有0.6轉化為能量,剩下的都炸飛了,化為輻射塵顆粒擴散到四周。

這即是核武器設計中最容易碰到的問題——如何最大限度的利用並消耗掉核反應物質。如果做不到這點,就會導致核武器功能低下,還會令核武器的汙染變得極為嚴重。無論是氫彈還是原子彈,都會遇到這種問題,它們需要通過特殊的設計,來完成最高效的爆炸,而不是像炸藥那樣,把TNT塞一塊兒壓成餅就行。

毫無疑問,這種爆炸效率的問題極大的影響了核彈的爆炸上限,儘管理論上我們稱之為“無限”,實際製造中卻不免會遇到問題。不過老王覺得說的已經足夠多了,畢竟我們只需要知道,氫彈、原子彈都不存在上限,它們唯一的上限是兵器承載的上限。


王司徒軍武百科


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比如今天的問題,原子彈是擁有極大破壞力的大國重器,要想講個明白,擁有初中物理知識者都可清楚的知道,核裂變嗎?道理不復雜,如今在網上隨處可見的結構圖,這也是非法擁核國家,只有下了決心去搞,把人力物力投進去,幾年間便可得到。裂變的材料,不是鈾235,就是鈈239,只要達到理想的丰度(90%以上),就可以邁出重要的一步。

順帶說一句,提高丰度,需要大型設備,傾注重金支持,你懂得,無論鈾礦,還是鈈礦,這個世界上並不豐富,且為國際原子能機構嚴格控制,價格貴得驚人,這對弱小國家是一個極大的經濟負擔,即使造出來,造得小,造得少,威懾力極其有限,正像一個弱不禁風的小孩子,長期抱著一塊大石頭,相當吃力,只能拖累於國計民生。

沙皇炸彈實驗瞬間

丰度足夠大的裂變材料聚在一起,一旦超過臨界質量,就會自行發生裂變,所以原子彈造多大,要受到理論的和實際的限制,這便是人們所說的上限。

致於氫彈則不存在是一問題,氫彈的原理是聚變,先用裂變實現聚變,聚變後再次發生裂變,理論上可以做得無限大,而沒有超出臨界質量之虞。致於具體結構,無人知道,仍然做為絕密技術,只有中美俄法英五國所擁有。網上那些傳說,核科學家的靈機一動,即發現了氫彈的結構和秘密,大抵都靠不住。


魂舞大漠


主要是裂變彈(原子彈)的核裝藥存在臨界質量上限,所以爆炸威力有上限。聚變彈不存在臨界質量上限問題,所以理論上做到無限大。


無常165026468


原子彈威力取決於鈾、鈈的裝藥量,量越大威力越大,但是量大以後有可能鏈鎖式反應引起自爆,極其危險,所以不能太大。

氫彈是看氚化鋰裝藥量,再多也不會引發聚變危險,理論上威力沒有上限。


軍事網迷


裂變材料有臨界質量的限制,而熱核材料卻沒有。


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