09.16 中國核武器在世界上算什麼?雖然神祕,但是強大無比

1945年8月6日,日本廣島

在撼天動地的巨響中,一朵蘑菇雲冉冉升起。

中國核武器在世界上算什麼?雖然神秘,但是強大無比

三天之後,長崎2.2萬噸當量的“胖子”炸響,當第二朵蘑菇雲在日本升起之時,不僅標誌著這場慘絕人寰的世界大戰的結束,更標誌著人類,將核武器這頭巨獸從潘多拉的魔盒中釋放了出來。

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俗話說得好,最尖端的科學技術永遠都是最先用於軍事目的。

儘管愛因斯坦等人不願意自己的研究被用於武器,但是美利堅的新任當家——杜魯門,相當清楚這種革新武器對於美國的意義何在。特別是當1949年8月,蘇聯進行了原子彈試驗之後,美國總統H.S.杜魯門很快做出反應,在1950年1月下令加速研製氫彈以保持核優勢。


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美國的第一顆實驗性氫彈,是安裝在類似上圖這樣的鐵塔上(當年的圖沒找到,找了一張咱們實驗原子彈的鐵塔圖湊數)

1952年11月,美國進行了以液態氘為熱核燃料的氫彈原理試驗,該實驗裝置非常笨重。

儘管研製氫彈有著這樣那樣的困難,儘管國會山的大佬們對於這樣一個只能裝在鐵架子上的傢伙誹腹不已。但是——當這顆氫彈炸響時,所有人都閉嘴了。


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1954年3月1日,美國在太平洋的比基尼珊湖礁上試驗了第一枚實戰型氫彈,其威力是1945年摧毀日本廣島的原子彈的500倍。

真理在大炮的射程之內,同樣的,能讓國會老爺們聽進去的也只有氫彈爆炸的巨響。當氫彈試爆成功的消息傳到華盛頓時,所有的懷疑全部煙消雲散,國會對核武器的熱情甚至嚇了軍方一跳——這幫貨是怎麼了?吃錯藥了?不過這個疑問很快得到了解釋——1953年8月,蘇聯進行了以固態氘化鋰6為熱核燃料的氫彈試驗!

自此,美蘇之間的核軍備競賽變得一發不可收拾。但相當諷刺的是,隨著美蘇兩國擁有了能將人類消滅十四次的核彈頭之後,世界反而太平了——這也算是核武器做的唯二的好事吧。

閒話不多說,核武器的發展歷程簡單介紹到這裡,接下來就是介紹本體的時候了。

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  1. 1. 原子彈

原子彈,也稱裂變武器,英文名Atomic bomb。

原子彈發展到今天,其起爆模式仍然只有兩種:槍式法和內爆法。

採用槍式法起爆的“小男孩”原子彈

其大體剖面結構如下:

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核裝藥結構呈管狀,首尾各有一塊亞臨界當量核裝藥(可以是U-235或者是PU-239)

中心為中子源,中子源會不斷向外發射中子,因此需在亞臨界核裝藥外加上反射襯墊,以防中子過早對核裝藥點火。

在核裝藥結構外圍,是由高爆速炸藥(簡稱高速炸藥)和低爆速炸藥混合疊放的炸藥透鏡。

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在核爆廣島的作戰行動中,首先是由作為電子引信的氣壓計不斷採集數據。當彈體高度達到預定高度時,氣壓計達到設定閾值給出電子信號,電子信號經放大傳遞至電雷管,雷管將精心佈置的高低速炸藥透鏡引爆,形成均勻的衝擊波壓縮兩塊亞臨界核裝藥向中子源靠攏。

亞臨界核裝藥在衝擊波作用下撞擊,形成超臨界狀態。在中子源的誘導下進入不可控核聚變反應過程。最後——BOOM!

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內爆法

採用內爆法的“胖子”原子彈

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與之前看到的“小男孩”不同,我們可以發現“胖子”是名副其實的胖。

其剖面如上圖

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與槍式法不同的是,內爆法不需要用兩塊亞臨界材料撞擊的方法來達到超臨界狀態,而是以整塊亞臨界材料為核心,在其周圍均勻佈置高低速炸藥組成的炸藥透鏡。利用炸藥起爆時的環形衝擊波直接擠壓核裝藥,使其瞬間達到超臨界狀態引發爆炸。

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這也是迄今為止使用較為成熟和廣泛的原子彈裝填模式,其優點在於球形裝藥較為方便。缺點嘛,大家也都看得見的,太粗了(汙)

裂變武器的進一步發展,便是威力更加強悍的聚變武器,也稱氫彈。

嘛,這個世界上能造原子彈的國家有八個,但是能造氫彈的國家,只有五大流氓。氫彈的剖面原理圖大家是不要想了,會被查水錶的,我們只能從美國人已公佈的一系列熱核彈頭剖面來一探究竟。

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W87熱核彈頭

採用PU-239裝藥,以球狀內爆法原子彈作為啟動扳機,使氘化鋰發生聚變反應。

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不過我們要明確一點,熱核武器是需要用到原子彈作為扳機,“但絕不是在原子彈旁邊放上一管氘化鋰就能成事的”。

很多人都認為,要發展氫彈,必須先掌握小型原子彈的製造技術,藉助原子彈爆炸時的高溫高壓,使得核聚變材料達到臨界值併發生聚變反應。

這句話只對了一半,發展小型原子彈沒有錯誤,但是在誘導聚變反應這一環出現了偏差——如圖所示,聚變反應的產生並不依靠高溫高壓,而是依靠原子彈爆炸時的X射線產生的輻射壓。

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由於裂變初期的輻射能量集中在X射線波段,因此所有的氫彈設計必須圍繞X射線內爆輻射來設計——我甚至懷疑TU構型和于敏構型是一個東西,只不過由於中美兩國都對此高度保密,才讓人有了世間存在兩種氫彈設計的錯覺。

而且於老有極大的可能,搶在美國人前面提出了類似上圖W88核彈頭的構型設計,初級在上次級在下,減小彈頭重量的同時增加了聚變當量(畢竟中國第一顆氫彈就直接是小型化武器級的,而不是美國那種高塔式的實驗級)。


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PS:美國某不願透露姓名的橡樹嶺國家實驗室,曾不止一次地指控中國偷了他們三叉戟D-5的導彈氣動設計資料以及全套W88核彈頭設計資料,對於這項指控,中國完全不予置評【滑稽】


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位於小湯山博物館內的狂飆一號模型(誰取的名字)。中國第一顆氫彈,也是世界首顆實驗/實戰型氫彈。

如何利用輻射壓

大致明白氫彈的構成之後,我們現在直奔主題。

輻射壓的利用,emmmm,這是五常之間都諱莫如深的問題,也是氫彈設計的重中之重。不過我們可以透過已解密文件的隻言片語,獲得一些線索,比如“在泰勒-烏拉姆原理中,初級產生的X射線迅速充滿輻射通道,形成近似的溫度均勻的黑體輻射空腔。輻射通道中的低原子序數材料被X射線熱化為高溫等離子體……”


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雖然只有寥寥數語,但是也足夠了。

低原子序數材料,那不就是鋁、塑料或有機玻璃之類的嘛。通過進一步的查閱,本人發現了更有意思的一句話“在內層中填充泡沫塑料是墜吼的”

泡沫塑料在這裡立了大功,但我不認為初級X射線照射泡沫塑料填充層產生的次發X射線是主要的X射線來源,更重要的應當是和初級中重元素包層以及整個核彈重元素外殼的作用。輕元素材料同X射線的作用截面極小,甚至可以說是透明,很難與X射線相互作用。


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這期間更重要的過程應該是核彈外殼對X射線的漫反射,因為只跟X射線的要原子核夠重,才能增加跟X射線的作用截面。在這之後,被均勻加熱的泡沫塑料等離子體才開始發揮作用——極高溫度的泡沫等離子體的平均動能接近X射線的光子動能,可以充分散射X射線,使其在整個腔體內均勻輻射化。


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關於重元素外殼

重元素外殼主要起到反射輻射壓的作用,它的作用相當重要,這一點我們可以從英國人在1957年9月的WDPC會議上看出:

在1957年9月的WDPC會議上,對GrappleX之後的熱核試驗方向有3個建議:

1,次級殼層厚度的優化(太厚影響聚變快中子的傳輸,太薄則導致瑞利-泰勒不穩定性)

2,輻射內爆壓縮的優化(大部分與Round A相同)

3,非殼層結構的探索(取消殼層,改用鈾235、鈾238、氘化鋰微粒的混合物)

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說到英國人,非常有意思的一點就是——在英國人遠赴美國,和賊鷹討論氫彈設計的過程中,英國人驚訝的發現賊鷹在氫彈次級的熱核材料裝藥上居然採用的是圓柱形,而英國人採用的是球形。當問到原因時,美國人輕描淡寫的說了一句:圓柱形比較好計算藥量。

回到英國之後,英國人按照美國人的思路重新實驗了一遍,結果使用圓柱形次級後,次級不同部分實際上是獨立地被壓縮,沿軸線精確計算壓力時間曲線,允許差異存在,這是很重要的。

並且愛德華泰勒還認為採用圓柱形是很自然的選擇:給定尺寸內,圓柱形可以裝下更多的熱核材料。

啊對了,這裡在說一點題外話。在我做這個部分的時候,偶然間聽到了諸如“法國氫彈技術是中國傳授的”“世界上僅存的氫彈都在中國”之類的流言,所以決定過來闢個謠。


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1、法國的氫彈技術是中國傳授的。

這顯然是不可能的,氫彈構型五常都是當寶貝一樣藏著的。關於某些人說的法國拿技術換氫彈原理,首先需要搞明白的問題就是法國人拿了什麼技術能換走我們的鎮國之寶,而且迄今為止,法國人給的技術在國內更是連根毛也沒看見過。


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此為法國小型化核導彈,能將熱核彈頭做到如此之小,可見法國人對於氫彈構型的功課做的還是相當紮實的。畢竟靠抄能抄出這個成績的本人是真沒見過。

  1. 2. 世界僅存的氫彈都在中國

首先這裡需要科普一個基本的物理量:氚的半衰期是12.26年。

有人會說了,你前面不都說了,蘇聯人用固態氘化鋰6成功試爆了氫彈。

那麼這裡需要科普第二個物理量:氘化鋰的反應溫度是幾千攝氏度,以原子彈初級的爆炸,在瞬時根本達不到這樣的溫度。如果直接加熱,裂變釋放的能量中只有很小一部分(以中子動能的形式釋放出來)能夠傳遞給氘或者氚。

所以,這裡我們可以得出結論:氫彈根本無法久存,其次級裝藥需要經常更換(所以也就不存在所謂的氫彈只有中國有了,這違背基本的物理常識)


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