版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们

氢弹威力巨大,它的能量是如何产生的?怎样制造一枚氢弹?

科学信仰
原创
泛科学领域创作者。科学是一种规律,信仰是一种态度。
收藏

氢弹是一种威力巨大核武器,其所释放的能量更胜原子弹,迄今为止还没有一颗氢弹被应用于实战,我们也希望它永远不会被应用于实验,因为它实在太过可怕了。

那么氢弹爆炸所释放的巨大能量是如何产生的呢?氢弹又是如何制造出来的呢?目前制造氢弹所使用的是氢的两种同位素,即氚核与氘核,当二者的距离非常近的时候,则会发生聚变反应,也就是我们所说的核聚变,聚变之后,会生成一个氦核,同时释放一个中子。从反应过程可知,一个氦核的质量要比一个氚核与一个氘核的质量略少,也就是说在聚变过程中发生了质量亏损。质量亏损有什么了不起呢?还真是挺了不起的。我们先来看一下质能方程:E=mc∧2。这里的E代表了物体的能量,而m代表了物体的质量,c代表光速,也就是说能量等于质量乘以光速的平方。

光速是什么?光速取值299792458,可见光速的平方是一个极其巨大的数字,也就是说只需要十分微小的质量就可以产生极其巨大的能量。

明白了这一点,氢弹为什么威力巨大,也就不言而喻了。现在的问题是,如何才能让氚核与氘核聚变为氦核,前面已经说过了,要想让二者发生聚变,就要让二者的距离足够近,多近呢?至少要达到10的-15次方米,这是非常困难的。不仅常规手段无法把二者撮合在一起,就算是使用常规的炸药也无法办到。所以要想促成核聚变反应,就必须要使用一种能量极大的“炸弹”,这种“炸弹”我们称之为“原子弹”。与氢弹一样,原子弹也是一种威力巨大的核武器,不同的是,原子弹的核心原理是核裂变,而非氢弹的核聚变。

那么核裂变又是怎么回事呢?

在以铀238为主的铀矿之中存在着微量的铀235,当铀235吸收一个中子之后,会裂变为一个钡原子核与一个氪原子核,并释放出3个中子。从反应过程可以看出,裂变反应同样造成了质量亏损,而存在质量亏损,就意味着巨大能量的释放,但这个反应真正可怕的地方在于,反应会释放三个中子,而这三个中子又会被其它铀235吸收,再次促成裂变反应,如此就形成了牵一发而动全身的效果,而这种现象就被称之为“链式反应”。

然而要促成链式反应也不是那么简单的,这对于铀235的浓度和体积都是一个考验,如果铀235的浓度不够,就无法保证反应释放出的中子能够成功撞击其它铀235,链式反应也就不能形成,所以原子弹所使用的铀块是存在一个临界体积的,只有超过了临界体积,原子弹才能成功爆炸。

在制造氢弹的时候,最外层会装载氚核和氘核,而在内部会装载不少于3个的铀块,这3个铀块单独来看,每一块都没有超过临界体积,所以是非常安全的。

如果想要引爆原子弹,也很简单,只需要把3个铀块拼合在一起,它们就超过了临界体积,而中子到处都有,所以核裂变一触即发。不过说起来简单,要真把3个铀块拼合成一个,常规方法也是不行的,所以在铀块的周围会安装炸药。所以一枚氢弹的结构简单来讲就分为三个部分:炸药、铀块、氚核与氘核。当我们打算引爆一枚氢弹的时候,只需要先点火引爆炸药,炸药爆炸会产生一股强大的推力,在这股推力的作用下,3个铀块被挤压在了一起,于是超过了临界体积。

超过了临界体积的铀235吸收了一个中子之后,开始发生裂变,每一个裂变的铀235都会释放出三个中子,进而促进3个铀235继续裂变,于是链式反应形成了,巨大的能量在这一过程中被释放了出来。

原子弹爆炸的威力是极其巨大的,在如此巨大的爆炸威力下,氚核与氘核之间的距离超过了10的-15次方米的临界距离,于是核聚变开始了,氚核与氘核聚变成为氦核,亏损的质量以能量的形式释放了出来,巨大的能量产生了毁灭性的爆炸威力。那么核聚变过程中所释放的能量到底能产生多大的威力呢?这个很容易计算,大概每1千克的质量亏损所释放的能量相当于1000万吨TNT炸药爆炸所产生的能量。所以无论是氢弹,还是原子弹,都是非常可怕的,希望这些核武器永远不会被真正应用于实战。

更多内容请关注公众号:sunmonarch

评论
刘泽钧
秀才级
2023-02-05