萬眾矚目下，人類歷史上首張黑洞照片終於曝光。一個金黃色的圓環在漆黑的宇宙“背景板”中清晰可見，猶如黑盤中靜然安放的甜甜圈。縱使看起來不太起眼，但振奮人心的是愛因斯坦提出的廣義相對論在百年之後再次得到了驗證，我們也第一次從視覺角度見證了黑洞的存在。
對於這一科學領域的盛大事件，全民處於一種興奮外加懵逼的狀態。但大眾對科學事件的關注和熱情，是一件值得讓人高興的事情。關於黑洞，關於廣義相對論小編這裡不再做過多的談論。今天，我們來一起膜拜偉人愛因斯坦，探究下他提出的質能方程魔力下的核武器原理。沒錯，今天我們要講的真的是邪惡而又令人生畏的核武器！以及其製造原理！
首先我們談及的是裂變核武器（如原子彈）的原理。原子核彈是利用易裂變元素進行鏈式反應，將虧損的質量以質能方程：E=MC2轉化成如衝擊波、輻射等形式的能量，在幾百萬分之一秒內釋放出來，從而造成巨大破壞的武器。下面，我們將詳細介紹一枚核彈的設計原理和歷程。
科學小課堂開課啦！
第一章現代最新內爆式原子彈 彈芯設計
原子彈，燃料一般是鈾235或鈈239。鈾235做的原子彈保存期上億年，鈈-239,半衰期為2.41萬年,常被用來製做核子武器。它的純度必須在90%以上，且被分開保存為多個不會發生裂變的亞臨界質量，以避免象TNT一樣引爆，這樣不是核爆炸。
原子彈製造：鈈239原子彈的爆炸臨界質量是5千克左右，為半徑2釐米的球。
有了核部件、經過精心計算試驗驗證的常規化學炸藥部件，能可靠地把鈾-235壓縮到臨界體積，還是不夠引爆原子彈。還必須有專門設計的點火中子源裝置。不然的話，鈾部件臨界後開始鏈式反應。為了使核爆炸能量釋放達到最大值，應該使鏈式反應的代數達到要求。如果在達到的要求的代數之前，核材料由於熱膨脹而變為亞臨界狀態，那麼這顆“原子彈”就成了臭彈。
萬噸級爆炸能量的99.9%以上是在鏈式反應的最後7代釋放出來的，其時間約為0.07微秒。點火裝置的作用很關鍵，它在開始時給裂變材料注入足夠多的中子，這樣就能使隨後產生的中子數足夠多，不致造成“臭彈”。要想發生核爆炸，必須要有中子源幫忙。
中子源就象一個能引暴核彈的小火源。中子源——鈹、釙彈丸球，它是一個鈹制的空心金屬球，裡面填充釙金屬，用金箔片隔開。釙210在人工核反映堆中合成，能時刻自發產生大量阿爾法粒子。
經計算，在我們的設計中，彈芯材料選為鈈239，反射層為鈹9，彈芯由幾層球狀的金屬殼構成。
中心部位是一個半徑為1cm的中子源（ 鈹/釙彈丸）；
第二部分為空間3釐米的空間；
第三部分為2cm厚的鈈239燃料層球碎片（鈈239重量為5KG），我們將1cm厚的鈹（重量為0.7KG）佈置在緊貼著鈈239表面；
第四部分是3cm厚的炸藥爆轟驅動機構（炸藥爆轟裝置質量為5kg）；
最外層的第五部分是1cm厚的鈹（重量為2.1KG）加1cm厚的鈾-238金屬外殼（重量為2.6KG）。
當然最後不能忘記在彈芯中間插上一根半徑約2cm的中子管（具體設計見後文）。
這樣我們就完成了彈芯的臨界設計，彈芯為總質量大約為14KG、直徑22釐米的圓球體，相當於一個籃球大小。
結構示意圖如下：
第二章綜合設計
1、驅動裝置我們選用一個球形爆轟驅動裝置，示意圖如下：
該裝置的原理是炸藥爆炸並製造衝擊波。由佈置在最外側的一組炸藥透鏡均勻地引爆主炸藥柱1產生一個向心爆轟波，推動鈈239燃料球碎片迅速向中心壓縮，當核燃料之間緊密結合時，衝擊波驅動鈾235或鈈239碎片形成一個球。當亞臨界質量的燃料塊結合時，鈾235或鈈239碎片撞擊位於球心的中子源（ 鈹/釙彈丸）。鈹、釙彈丸中的箔片被弄破，釙自發地釋放出阿爾法粒子，這些阿爾法粒子撞擊鈹生成很多自由中子，這些中子將誘發鈾235或鈈239開始發生劇烈的鏈式核裂變。
裂變反應正式開始。
核彈爆炸。
2、炸藥透鏡
要取得良好的爆轟壓縮效果，我們必須對每個過程及參數進行周密地計算。
這樣向心壓縮時，炸藥質量為4kg，材料可以選用JO-9159，該種炸藥密度為1.86g/cm3,正常爆速為8.86km/s,爆壓為36.8Gpa，Gurney速度為2.85km/S，與美國的PBX-9404炸藥性能相當，屬於我國軍方最好的炸藥。我們可以將反射層製成如下圖的錐體均勻佈置在球面上：
在炸藥中，爆轟波是以電子雷管為點爆散心的，而我們所設計的裝置是一個直徑一米多的球體，為了將球面波轉化成我們所需的平面波，均勻地投射到主炸藥表面，我們可以仿效光學折射原理，利用兩種高低爆速的炸藥組合成炸藥透鏡，即平面波發生器。如圖所示：
在這裡，我們以Baratol(TNT/Ba(NO3)2作為低速炸藥，
鑄裝TNT/RDX（40/60）作為高爆速炸藥，兩者交界面處理成圓滑雙曲面，錐頂角為53°，為了在球面上保持對稱，我們將32個多邊形炸藥透鏡對稱裝在主炸藥的表面，就像一個個突起的足球皮，1945年胖子核彈就是採用類似的炸藥透鏡，由於對爆炸時間計算的需要，該炸藥透鏡的工作高度可近似看成是軸線處（即尖頂處）低速炸藥Baratol高度的1.4倍左右，所以爆轟波通過炸藥透鏡的時間是1.5X10-5秒。
3、中子管的作用：
沒有中子源（ 鈹/釙彈丸），原子彈根本爆炸不了，所以中子源（ 鈹/釙彈丸）放在鈾球核心是很危險的，所以平常放置在外面，起爆前，通過控制系統才將其通過中子管管道塞入鈾球核心。釙半衰期138天，所以原子彈差不多半年就要換一個新的中子源（ 鈹/釙彈丸），這點很麻煩。
最後為了將中子管部件插入裂變材料中心，我們需要拆掉一塊炸藥透鏡組件，這對其產生的不均衡度不到10%，是可以接受的。
再來簡單介紹下氫彈的構造：
1、美國的 泰勒-烏拉姆型聚變彈
2、
為理解這種核彈的設計，想像彈殼內有一枚內爆的原子彈和圓筒形的鈾-238套管（反射層）。反射層內的是氘化鋰（燃料）和位於圓筒軸心的中空的鈈-239棒，中空的鈈-239棒中間填充著數箇中子源（ 鈹/釙彈丸）。將圓筒和內爆彈分離開的是鈾-238護罩和填充核彈套管剩餘空間的塑料泡沫。核彈的引爆導致如下事件順序發生：
1.原子彈爆炸，釋放出X射線。
2.這些X射線加熱核彈內部和反射層，而護罩則避免燃料過早引爆。
3.熱量導致反射層膨脹並被燒盡，同時向內部的氘化鋰施加壓力。
4.氘化鋰被擠壓到大約原來的三十分之一。
5.壓縮衝擊波引發中空的鈈棒的變形，引起位於棒心的中子源（ 鈹/釙彈丸）中的箔片被弄破，釙自發地釋放出阿爾法粒子，這些阿爾法粒子撞擊鈹生成很多自由中子，這些中子誘發鈈棒開始發生劇烈的鏈式核裂變。
6.裂變中的鈈棒釋放出輻射、熱量和大量的中子。
7.中子進入氘化鋰，與鋰結合生成氚。
8.高溫和高壓的結合足以引發氘-氚和氘-氘聚變反應，從而生成更多的熱量、輻射和中子。
9.聚變反應釋放出的中子導致反射層和護罩中的鈾-238碎片裂變
10.反射層和護罩碎片的裂變將生成更多的輻射和熱量。
11.核彈爆炸。
12.所有這些事件在億分之6000秒內發生（其中原子彈內爆需要億分之5500秒，聚變事件需要億分之500秒）。結果是比“小男孩”的威力高700倍以上的巨大爆炸：它有1,0000千噸當量。
氫彈差不多半年就要換一批新的中子源（ 鈹/釙彈丸），這點更麻煩。實際上數箇中子源串聯起來是放置在氫彈中空的鈈-239棒外的，氫彈同樣非常安全。
到這裡，有沒有感覺一片懵逼呢？下面回覆和小編一起探討吧。
