请注意:是“压缩”,不是“浓缩”。我们一般听到的浓缩铀、浓缩钚,是指材料中裂变元素铀235、钚239的比例很高。压缩,就是另一码事了。

这将解释很多人的一种疑问:如果原子弹被子弹炮弹打中,会不会发生核爆炸?原子弹“安全”吗?

昨天我们已经从动画中看到,如果核材料不多,中子很容易飞出去,无法引起足够的链式反应。如果把这堆核材料压得更密实呢?

原子弹的核心温度(原子弹压缩的才是精华)(1)

熙熙攘攘、核潮汹涌,中子就很容易撞撞撞撞撞撞撞裂一大堆原子核。

因此核材料的密度,也是影响其临界质量的重要因素。通过数学推理可以知道:核材料的密度提高一倍,中子撞上原子核的概率能提高一倍;球体的半径减小一半,也能保证中子有同样的撞击概率;球体半径小一半,体积缩小到八分之一,密度增加一倍,合计起来,临界质量变成原来的四分之一。

注意看上面被雷管引爆的炸药,有很重要的两点。

第一,炸药是分成很多块包在核材料外,而且有很多引信保证它们同时引爆。

第二,最最重要:每块炸药内部有两种颜色,代表它里面有两种炸药,爆速分别有高低(爆速,就是爆炸波传播的速度)。

最外面的高爆速炸药,是个碗型。它被雷管引爆后,爆炸波以球面往内传,内层低爆速炸药的中心就先被引爆。然后逐渐往外,等边缘的低爆速炸药也被引爆时,爆炸面已经变成一块球面弧形。几十块拼起来,就是个球形的爆炸面,继续向内传,到达核材料的外表面。这样,才能保证核材料按照一个精准的球形压缩。

中心有一个中子发生器,也叫中子点火器。在枪式原子弹上一般也有这东西,能猛地放出很多中子,让裂变的链式反应开个好头。它的一种典型结构是这样的:从内往外,由钋球、金属箔片、铍块、金属外壳组成。钋球能产生很多阿尔法粒子,但被箔片限制住了。受到爆炸压缩,箔片破裂后,阿尔法粒子撞击铍,产生很多中子。

核材料被压缩到一个高密度后,临界质量降到本身质量大小,这时中子发生器也被“压破”,放出内部的中子,形成核爆炸。

所以内爆式原子弹的设计制造很讲究,一定要对炸药的爆炸力学、核物理的计算很精确,炸药、核材料、外壳等各部分的制造工艺都要求很高。

内爆式原子弹的引爆自然也非常严格,周围几十个雷管必须同时精确引爆。那种一枪打到炸药上引爆原子弹的事情,一般只能造成“脏弹”效果。

如果炸药爆炸不精确同步,比如一侧炸药先炸,那还有可能在产生正常的链式反应前,把核材料“吹”撒向另一侧。原子弹就变成了只有常规爆炸、放射性污染的“脏弹”。

而且必须是球形压缩,否则核材料的链式反应将进行得不好,降低爆炸效率。那些炸药块采用两种爆速的炸药,就是为了这问题。看下图:如果只是简单的一种炸药,中间部分会先引爆、先压缩,爆炸波就不会同时传到核材料表面。压出的不是完美球形,就会严重影响核材料的裂变反应、原子弹的爆炸效率。

原子弹的核心温度(原子弹压缩的才是精华)(2)

1945年8月9日美国投到长崎的原子弹,代号“胖子”,就是一颗内爆式钚弹。和简单的枪式原子弹相比,内爆式原子弹的效率高多了,爆炸当量能做比较小。它是如今原子弹的主力。

还有一种简单办法降低临界质量,是在核材料外包裹一层可以反射中子的材料。铍、铀238就比较合适。铀238不仅能反射中子,而且因为密度大,还能减缓核材料在爆炸过程中的膨胀,让链式反应维持较长时间,提高原子弹的爆炸威力。因此在原子弹中,经常有一个外包的铀238层。

常温常压下,铀235穿个238马甲后,临界质量能降到15千克,不到原来的三分之一,钚239能降低到10~11千克。因此中子反射层,是原子弹上很常见的一项结构。

10多千克的高浓度核材料,也不少了。因此在原子弹上,铀、钚等核材料的“浓缩”提炼是关键一步,高能炸药、精确引爆的“压缩”,也是非常关键的一步。

而且这个压缩的同步,要求非常高。引爆电路,雷管里火药燃烧的速度,雷管安装点的精度,各炸药块的安装精度,里面高低爆速炸药的分层结构,炸药的内在质量,核材料的表面精度、内在密度,都会影响最后的压缩过程。稍微偏差一点,毫秒、微秒级别,就不是精确的球面压缩了,严重降低核爆炸效率。

看完这个,你应该能明白:内爆式原子弹从某种意义上来说,是很安全的。甭说掉地上了、挨炮弹了,就是你自己搞一套引爆装置,也未必能正确引爆它,形成核爆炸。内爆式原子弹被意外撞击、中弹的最坏结果,是某一处炸药被引爆,然后其它炸药也被引爆,但核材料没法被“引爆”,只会被普通炸药的冲击波吹散,变成“脏弹”。

但从危害上来说,“脏弹”远大于普通炸弹。其实甭管原子弹、炸弹、子弹,即便是美国所谓的“附带损伤小”的炸弹,压根没炸药的炸弹,对人类社会来说都很不安全,甚至附带损伤更多、更不人道。

核材料、炸药,本是人类征服自然的智慧结晶。安不安全,其实在于引爆它们的人心。

下次说回正题,氢弹咋回事。

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