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氫彈的秘密及未來核武器:泰勒–烏拉姆構形

文章來源:經福謙   時間:2011-10-28 9:37:00 訪問數:

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    《美國百科全書》1974年版第13卷,發表了美國科學家愛德華 · 泰勒對氫彈爆炸過程的描繪,見圖4.4。圖中①是爆炸前的構形,稱泰勒烏拉姆構形。這個構形的特點是用裂變來引爆聚變,把兩者的位置分開。該圖表示的氫彈爆炸過程是:

圖4.4	氫彈爆炸過程示意圖

4.4     氫彈爆炸過程示意圖

爆炸前。氫彈里有一枚鈾-235裂變彈,有一團聚變材料氘化鋰,外殼是鈾-238

產生裂變爆炸。鈾-235裂變彈在炸藥壓縮下爆炸,箭頭表示能量向前傳輸,去點燃氘化鋰。

產生聚變爆炸。氘化鋰經過劇烈壓縮達到高溫高密度,引起了聚變爆炸。

再次裂變爆炸。第③階段聚變放出的高能中子,引起殼體鈾-238發生裂變,釋放出更多的能量。氫彈整個爆炸完成。

    這是典型的“裂變聚變裂變”過程。這三個過程稱之為三相,這樣的氫彈稱“三相彈”。

    美國科學家在1942年研制原子彈過程中,就推斷原子彈爆炸的能量可以激發大規模的輕核聚變反應。1945年原子彈搞成功了,如何引爆氫彈卻走過了一段漫長的路。1952111日,美國進行了第一次氫彈試驗,用的是液態氘作燃料。雖然威力相當1000萬噸TNT當量,但太笨重了,整個裝置有65噸,根本不能作武器用。此時還沒用上氘化鋰。但是畢竟有1000萬噸TNT的威力,說明他們對這個核裝置的設計是成功的,對聚變反應過程的理論和計算,掌握了比較多的知識。在這個基礎上繼續深入研究,逐步解決了用一個較小的裂變彈去引發任意大小的熱核爆炸問題。

    熱核爆炸的威力在理論上是沒有限制的,只要武器的外殼承受得了,聚變反應盡可能長時間地進行,一直到發生反應的燃料飛散開為止。19611030日,蘇聯設計了一個世界上獨一無二的氫彈,威力為1.5億噸TNT當量。為了減少對地球的影響,只好作減當量試驗(把核材料減掉一部分),在新地島的4千米上空,用圖-95飛機空投,爆炸威力為5800萬噸TNT當量。爆炸生成的蘑菇云高達67公里,核電磁波擾動環繞地球三周。這次試驗開創了氫彈當量的最高記錄。這顆氫彈的復制品,現陳列在全俄技術物理研究院武器博物館里。美國物理學家愛德華 · 泰勒曾在博物館里參觀這顆氫彈,圖4.5是當時拍攝的照片。

    按照泰勒烏拉姆構形的原理,可以將聚變燃料一級一級地串起來引爆,像穿“糖葫蘆”一樣。爆炸威力的限制只取決于軍事的需要和火箭的推力。從原子彈到氫彈是一個重要的轉折點。從政治、軍事的角度看,意味著可以無限制地增大核武庫的威力;而從科學技術的觀點看,為了增大能量和殺傷能力,這是一個技術先進、經濟合算、非常有效的解決方案。因此,制造氫彈的技術被列為國家最高機密。如果說制造原子彈時有的國家先得到了一點情報資料,那么制造氫彈確實都是自己一手搞起來的。

圖4.5	泰勒參觀蘇聯超級氫彈

4.5     泰勒參觀蘇聯超級氫彈

    世界上第一批氫彈,美國和蘇聯幾乎是同時搞的。1953812日蘇聯就試驗了第一個熱核裝置,取名為“俄羅斯自己制造”(РДС-6С)。19551122日,蘇聯試驗了第一個兩級構形的熱核裝置(РДС-37),威力170萬噸TNT當量。西方物理學家貝特評論蘇聯研制的氫彈時曾說過:“1955年他們的結構,盡管其中采用了與我們同樣的原理,但完全是由他們獨立研制出來的。”美國能用于實戰空投的氫彈是在1956520日進行的,比蘇聯РДС-37還晚了半年。

    從五十年代美、蘇核對抗開始,整整持續了半個世紀。起初想搞大當量,以顯示自己的能力。但從戰爭實用來看,未必搞大的合算。因為一個30萬噸至50萬噸TNT當量的氫彈,足以摧毀一個大城市,威力再大沒什么意義。造一個億噸級的氫彈不如造20050萬噸級的氫彈,這樣摧毀目標多。所以后來雙方拼命增加彈頭數。

    美、蘇爭霸,都對氫彈技術特別保密。英、法、中不得不自力更生,當然也互相保密,只有憑著各自的聰明才智去揭開氫彈的奧秘。

       1946年美國國會通過了《原子能法》,中斷了與英國戰時合作研制原子彈的關系。195210月英國在澳大利亞爆炸了第一顆原子彈,1958428日爆炸了第一顆氫彈。法國是第四個核武器國家,1960213日爆炸第一顆原子彈,氫彈發展較慢,1968824日才進行第一次試驗。中國是第五個核國家,19641016日爆炸第一顆原子彈,19661228日就進行了第一次氫彈原理試驗(比法國早20個月),19676月進行空投氫彈試驗,威力330萬噸TNT當量。圖4.6是中國氫彈試驗的照片。

圖4.6	1967年6月中國空投氫彈試驗

4.6     19676月中國空投氫彈試驗

    烏拉姆于1984513日在新墨西哥州圣塔菲去世,終年75歲。1984528日美國《新聞周刊》刊登的訃告中說,雖然愛德華 · 泰勒常常被認為是美國研制氫彈之父,實際上解決怎樣引發氫彈中聚變反應,使之放出毀滅性能量的是烏拉姆。這段歷史的原由是這樣的:19512月下旬,數學家斯坦尼斯拉 · 

    拉姆正在試算熱核點火的發展情況,當時的計算模型是裂變、聚變材料在一起。他發現這種構形的核材料會在大規模熱核燃燒發生之前飛散;原子爆炸產生的X射線在周圍材料中沉積能量時有很大的反沖作用。烏拉姆找了泰勒討論,提出了自己的見解和設想;泰勒也加入了自己的思想,并使這些思想形成了方案。19513月,他們兩人合作完成了一個報告,提出了利用輻射爆聚原理的兩極和多級構形,這就是泰勒烏拉姆構形。后來有一部關于愛德華  · 泰勒的電視記錄片,輿論認為泰勒應稱為“氫彈之母”,而非通常所說的“氫彈之父”。


   本文摘自《揭開核武器神秘面紗》

   經福謙 陳俊祥 華欣生著

   清華大學出版社 暨南大學出版社

   出版時間:2002年7月

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