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想看懂《奥本海默》,建议你先来了解一下物理教科书里的原子弹原理

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诺兰《奥本海默》在国内院线上映。网友对这一时长3小时,角色众多、谈话镜头超过的人物传记电影褒贬不一。

影迷调侃电影看完了,还是没把里面的角色认全
看的过程觉得无聊睡着了,然后被原子弹炸醒了虽然看怎么看懂,但是看完之后觉得自己很有文化·····
作为一个物理老师,我想告诉大家,关于原子弹和核裂变,其实是中学物理的一个知识点,在很多版本的初中、高中物理教科书里都出现过。希望这篇文章能让你学会这个知识点,看电影的时候更有共鸣。

原子弹的原理是什么?

我们知道,原子是构成物质的基本微粒,在原子核的内部有着更精密的结构:原子核是由质子和中子组成。

质子中子依靠强大的核力紧密结合在一起,因此原子核十分牢固,想让它们分开极其困难。但如果质量较大的原子核发生分裂,或者质量较小的原子核相互结合,就可能释放出惊人的能量,这就是核能。举例来说,用中子轰击铀235,铀核分裂时会释放核能,同时还会产生几个中子,这些中子又会轰击其它铀核····最终导致一系列的铀核持续裂变,并释放巨大核能,这就是核裂变中的链式反应

值得一提的是,核反应中伴随着质量亏损,根据爱因斯坦狭义相对论,物体的能量E与质量m之间存在着密切联系,他们之间的关系是:

这就是著名的质能方程,其中的C是指光速,即3x10^8米/秒,因此核反应因质量亏损所释放的能量级别非常之高。

比如,用中子轰击质量比较大的铀235原子核使其发生裂变,1kg的铀完全裂变,释放的能量相当于2000吨的煤完全燃烧释放的能量。

ps:燃料燃烧,包括炸药爆炸属于化学反应,这个过程中原子不可再分,其能量分类属于化学能。

你也可以制造原子弹?如今原子弹的原理,甚至是制造原子弹的技术已不再是秘密,高中物理教科书选修2-3里就有关于相关的介绍:

原子弹主要由引爆控制系统、炸药、反射层、核装料组成的核部件、核点火部件和弹壳等结构部件组成。

引爆控制系统用来适时引爆炸药,是推动、压缩反射层和核部件的能源;反射层由铍或铀-238构成,用来减少中子的漏失;核装料主要是铀-235或钚-239;核点火部件用以提供“点火”中子,以引发链式裂变反应;弹壳用来固定和组合各部件。

根据原子弹的引发机制的不同,原子弹可分为“枪式”和“内爆式”两种。现代原子弹通常综合了这两种结构的特点,以提高核装药的利用率和增强破坏力。1945年8月,美国投到日本广岛的那颗原子弹(代号叫“小男孩”)采用的是枪式结构。

第一颗原子弹被发明的故事

1939年初,德国化学家O.哈恩和物理化学家F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文,很多物理学家意识到,核裂变很可能最先用于军事目的,即制造威力巨大的原子弹。

1939年8月,以爱因斯坦为代表的几位物理学家,写信给美国第32届总统F.D.罗斯福,建议研制原子弹。

1941年12月日本袭击珍珠港后,原子弹的研制项目扩大规模

1942年8月。代号为“曼哈顿工程区”的庞大计划正式成立,奥本海默被任命为“曼哈顿计划”首席科学家,该计划集齐了世界上除德国外最优秀的核物理学家,动用的人力约60万人,投资20多亿美元参加这一工程。

1945年7月16日,美国成功爆炸了世界上第一颗原子弹。

1945年8月6日,美军用B-29轰炸机运载”小男孩”原子弹轰炸日本广岛,三天后的8月9日,美军又在长崎投放了第二颗原子弹——胖子。

最后,我们来看一下“小男孩”投到广岛的那一瞬间。

评论
湘西油茶王子
少傅级
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2024-01-06
飞马腾空
太师级
2024-01-06
湖北胡石伦
太师级
原子弹和核裂变,其实是中学物理的一个知识点。
2024-01-12