03.03 一颗一克重的核弹(氢弹)完全爆炸,爆炸面积是多少,会有什么影响?

杨若枫


哈哈一克,好玩的问题。

首先说题主提到的是氢弹,那么就好办了。

核聚变是没有临界质量的,因此只要能引发聚变即可。

以氘来计算吧,1克的氘聚变成氦会损失大约0.029158的质量,也就是0.029158克完全转换为能量。

带入E=MC²的公式里面

E=(0.029158/1000)*299792458²=2620590350.16千焦的能量。这个能量如果按照TNT(一公斤TNT爆炸产生4200千焦能量)当量计算则是 2620590350.16/4200/1000=623.95吨TNT爆炸的能量。

当然了这是纯计算的结果。


目前有没有方法使仅仅1克的氘进行聚变呢?还是有的,通过高能激光轰击氘或者氚使氘氚原子获得极大的能量通过原子的动能完成聚变。


这里就要说到美国的国家点火装置了(NIF),NIF就是利用高能激光轰击氘氚材料进行点火的人工激光核聚变装置。

不过被轰击的燃料小球远远小于1克,大约就仅仅是0.02克的样子。

这枚金色的燃料小球被放置于激光点火室内。

通过点火室的密密麻麻的激光孔中注入激光来击中这枚燃料球。大家可以对比照片上的人来看下点火室的大小。

而整个装置的占地面积则超过了三个标准足球场的大小。


说回能量:

623.95吨TNT的爆炸,带入计算系统后可以知道:

如果在曼哈顿的话,火球直接夷平两个街区,冲击波可以延伸到20个街区的范围。


这只是一克的理论计算数值,在工程上基本上是达不到的。目前各种核武器的爆炸过程会将绝大部分的核燃料浪费掉。


军武数据库


提问者的真实意图是一克氢弹材料完全聚变能放出多少能量?

这个问题有以下三种计算方法:结论是相当于10000发155mm高爆榴弹

第一种

氢弹其实是氘氚弹,并不是真正的氢原子制成的弹,氢弹爆炸时内部方程式如下:

2D+3T—→4He+1n,每次聚变可以放出约为17.6MeV的能量,平均每个核子放出3.5兆。质子质量是1.672621637(83)×10-24克,1g大约有5.979×10 23个核子,可以放出3.5×5.979×10 23=2.093×10^(24)兆电子伏特能量。

1兆电子伏特=1.6×10^(-13)焦耳。

0.4克氘和0.6克氚的混合物聚变放出3.348×10^(11)焦耳能量。

1吨TNT相等于4.184×10^(9)焦耳。

所以0.4克氘和0.6克氚的混合物聚变最多可以放出81.293吨TNT

可能大家对于这个概念了解还不是很直观,这么说155mm高爆榴弹装药大于为8千克的TNT,可以使得一幢五层约20个单元的住宅楼炸毁。这就好比相当于10000发155mm高爆榴弹。

当然现实中是不会有这么大威力的,因为氢弹的装料不是纯的氘和氚,而是采用更稳定的氘化锂,这样1g中含有的有效成分就会降低,况且此聚变反应点火温度4×10^7K,1g的氢弹是无法爆炸的。

第二种:

2D+3T—→4He+1n,通过此方程查询如下图中结合能曲线计算。原理就是原子核分裂开时需要吸收能量,重新聚合成原子核时需要放出能量。查询比结合能后继续利用第一种方法计算。

第三种:

利用质量亏损来计算,利用下图质能方程来准确计算。



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