氫彈的秘密及未來核武器:莫蘭德構形剖析當前位置:首頁 > 科普知識 > 核武知識

氫彈的秘密及未來核武器:莫蘭德構形剖析

文章來源:經福謙   時間:2011-10-28 9:37:00 訪問數:

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    泰勒烏拉姆構形已發表在《美國百科全書》1974年版上。而莫蘭德1979年寫的文章卻涉及到“氫彈秘密”案。說明莫蘭德寫的文章比泰勒烏拉姆構形表達了關于氫彈更多的內容。莫蘭德勾畫的氫彈如圖4.7,它比泰勒烏拉姆構形畫得詳細些。莫蘭德構形把釋放能量的兩個階段分開,第一個階段是原子彈釋放能量,用它來產生聚變反應高溫高壓所需的條件;第二個階段是聚變材料燃燒,釋放出比第一個階段更多的能量。這就像一般炸彈一樣,先由雷管引爆,雷管輸出的能量使炸藥起爆,炸藥爆炸的能量形成炸彈的威力。原子彈也一樣,先用炸藥爆炸的能量來造成鏈式裂變反應的條件,鏈式裂變反應放出的能量形成原子彈的威力,它比炸藥能量大得多。莫蘭德構形的氫彈,就是用原子彈爆炸的能量來造成聚變反應自持進行的條件,聚變材料燃燒起來放出比原子彈多得多的能量,這才顯出氫彈的威力。能量放大通過一級一級地實現,看來是一個普遍規律。你想在一個過程里釋放差別很大的兩種能量,看來很難作到。氫彈設計開始把裂變材料和聚變材料夾在一起,總是放不出多少聚變的能量。因為原子彈爆炸的溫度就是幾百萬度,中心極短時間可達幾千萬度,如把聚變材料包在里面,它的溫度也就是幾百萬度,極少數的輕核達到幾千萬度,所以發生聚變反應的很少。比如你把一塊鋼鐵放進爐子里燒,怎么也不可能把鋼鐵的溫度燒得比爐溫還高。要是你把鋼鐵拿出來,用高頻輻射給它加熱,可以把這塊鋼鐵加熱到比高頻輻射源更高的溫度。一張紙曬在太陽光下,紙的溫度怎么也高不起來;如果把太陽光通過光學透鏡聚焦在紙上,紙就會燃起來。這些簡單的常識說明,要把一級能源通過一次轉換,提高它的功率密度和耦合效率,才能造成下一級能源釋放的條件。

圖4.7	莫蘭德氫彈構形示意圖

4.7     莫蘭德氫彈構形示意圖

    莫蘭德弄明白了兩級過渡的竅門。因此他設計的氫彈上半部的圓球部分,是一個小型原子彈,用以提供能量去點燃第二級;下面部分是第二級,這是聚變放能的主要部分。從順序上一般稱第一級為“初級”,稱第二級為“次級”。

    莫蘭德已經指出原子彈爆炸的能量以輻射形式傳輸給次級,這種輻射能就是啟動次級工作的能源。圖中的泡沫材料是輻射通道,初級裂變的輻射能以軟X射線形式經過輻射通道迅速傳給次級,對次級的氘化鋰進行壓縮。這種用輻射能進行的向內壓縮稱為“輻射內爆壓縮”,它的作用類似于“初級”采用的“炸藥內爆壓縮”。注意到圖中氘化鋰的中心還有一個鈾-235“裂變芯”,也稱“火花塞”。氘化鋰受到輻射壓縮作用后,進而壓縮“火花塞”,將鈾-235壓縮到超臨界狀態,再由初級爆炸進入的中子點火而使“火花塞”發生裂變爆炸。這個爆炸能量再一次向外推壓氘化鋰層,使它遭受內外夾擊而達到更高的溫度和密度,從而點燃聚變,產生聚變爆炸。“火花塞”裂變不僅放出能量,而且放出大量中子。這些中子射入氘化鋰層,與其中的鋰-6反應,造出大量的氚,加強了反應循環。從而使氘化鋰-6燒得更充分,增加更多的聚變威力。

    關于輻射內爆原理和“火花塞”的作用,丘克·漢森在敘述泰勒烏拉姆構形的文章里有更詳細的解說。

    我們知道,熱的東西是難壓緊的。在一級構形中,裂變、聚變材料夾在一起,裂變反應后聚變材料的溫度已經很高,裂變能很難對它進行有效的壓縮。而在兩級構形中,先把聚變材料放在另一級,處于“冷”的狀態,初級來的輻射能溫度很高,這樣熱的壓冷的就可以壓得很緊。而且正當它向內收縮時,又遇到“火花塞”裂變能向外壓的夾擊,所以造成氘化鋰-6達到了聚變燃燒的高溫高密度等離子體狀態。這一系列過程是在若干微秒內完成的,此時外殼還沒破。因為鈾-238很重,質量慣性很大,破裂飛散還來不及。正好鈾-238對氘氚反應放出的14.1兆電子伏高能中子感興趣,它吸收這種高能中子就會發生裂變。外面這層鈾殼所占的質量份額很大,鈾-238又無臨界質量的限制,因而它對增大氫彈的威力起著關鍵的作用。正如上節講到的“骯髒”氫彈,裂變威力竟占到了80%

    莫蘭德作為一個局外人,不是核武器設計的實際參與者,能夠把氫彈構形的原理和爆炸過程寫得很詳細,這很不簡單。但是要真正造出氫彈也不是那么簡單的。按照莫蘭德的圖還是不能進行設計加工。第一級是原子彈,它的關鍵技術前面已講過。第二級是氫彈主體,構形原理是有了,但具體采取什么形狀,尺寸怎么定,與第一級如何搭接,如何匹配,能量如何充分利用,仍然還有許多理論問題、結構問題和復雜的技術訣竅問題。核武器設計者還有很多工作要做,而且還有許多各顯神通之處。

    丘克 · 漢森在收集官方公開文件及引用出版物資料的基礎上,1974年出版了《核武器數據手冊》一書,1988年又出版了《美國核武器揭秘》一書(中譯本19922月)。這兩本書資料豐富,技術性更強,它揭開了美國核武器的秘密。但其中許多科學性技術性的術語,一般人看不懂,它不是科普性的讀物。

    美國總統杜魯門在廣島爆炸原子彈后,立即宣布:“這是歷史上最偉大的事件”,并力圖壟斷核武器知識。蘇聯掌握核武器知識后,同樣企圖壟斷,并以此作為實力與美國抗衡。但是他們煞費苦心地為此花了很大代價,既未能延緩英國、法國,也未能阻擋中國掌握核武器包括氫彈的技術。

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