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引爆核武器的技术要求,非常高。
为了澄清引爆的细节问题,必须要引入链式反应和临界体积的概念。
我们通常讲的炸弹爆炸,指的一般都是化学反应,也就是分子间的化学变化,通过分子键的断裂与结合,所进行的化学能转变成为热能和机械能的过程。这个过程可以很缓慢:比如自热方便面,利用内置的加热带可以把泡面加热;也可以很剧烈:比如常见的打火机点燃,就是一种剧烈的氧化还原反应;当然,也可以更加剧烈:比如在密闭环境下发生,反应速度更快,这就是我们通常说的爆炸。
从最古老的黑火药,到上世纪的T*N*T,再到现在所谓的各种高爆炸药,以及最新式的各种特殊炸弹……虽然爆炸强度,杀伤力,控制能力有了天翻地覆的变化,但都是化学反应,都是分子键的断裂与结合所导致的能量释放过程。
他们没有本质上的不同,不会从原子结构上改变物质。
就好像氢气和氧气燃烧之后会生成水;水在电解之后也会生成氢气和氧气。化学反应的特点是可逆,只是需要能量的有多有少。
化学反应就是如此。
但是核反应则不同。
核反应是一种物理变化。
在核反应这种变化当中,原子的种类将发生改变。
比如核裂变反应,微观上讲,“铀+中子=钡+氪+中子*2+巨大能量”。而铀元素也就变成了钡元素和氪元素(钡元素,就是你做胃肠道检查的时候医生让你喝的那个满嘴渣子的东西,那玩意叫硫酸钡,通过硫酸钡可以看清你的肠子发生了什么病变;而氪这个东西,是惰性气体,不与任何元素发生反应,但是广泛用在霓虹灯当中,你在马路上看到的各种五颜六色的灯管里,就有这个东西,是发光二极管中阴极射线击打在惰性气体元素上产生的特有反应,当然了,还有一个“超人”来自氪星球,这个你们肯定知道)
接着说核裂变产生的能量,这个巨大能量到底有多大呢?我们可以用爱因斯坦发现的著名的质能公式E=MC^2来算一下。
好吧,虽然霍金曾经说,每在书中写一个公式,书的订阅都要减半,而我现在已经写了一个核裂变反应方程式和一个质能转换方程式,所以似乎订阅量要减到四分之一?
希望霍金的这个“公式+1,订阅减半”的公式能被我推翻,但心情还是很忐忑呜呜呜。额……说到哪了?继续算公式算能量。而且这个东西真的不好算啊,你们要相信我一定不是水字数,没有作家会用算这个东西水字数的!真的很难算的!很麻烦的!
嗯,还是算出来了,经过一些列特别麻烦的单位变换,算出这个巨大能量是4.3*10^6电子伏特。
那么如何直观的理解电子伏特这个概念呢?电子伏特指的就是一个电子经过1伏特的电位差加速之后所获得的动能……好了我不解释了。我知道你们都不会看这个的。我还是说人话。
总之这个能量是十分巨大的。
这是一句人话,也是一句废话。
咳咳,那么这个能量巨大到什么程度呢?
比如想提供一个城市的发电量,比如每天需要烧2000吨煤,那么如果换成烧核燃料,只需要一千克就足够了。
也就是说,核燃料和普通化石燃料的能量释放比率,达到了惊人的2000000:1!
Ok。
发现了这个震惊事实的科学家们,没错,主要说的就是发现上面那两个公式的科学家们,比如爱因斯坦呀、费米呀、奥本海默呀你们经常听的这些科学家,决定用这种超高的能量释放比率来制造炸弹。
如果是温和的反应,那就是核电站。
如果是剧烈的反应,那就是核爆炸了。
中间的差别,是什么呢?
换句话说,怎样确定一个核反应是温和的,还是剧烈的呢?
这下,就要说到我们本章的题目:链式反应和临界体积。
回到我们上面的那个公式,我们可以看到,这个公式当中左边是有一个中子的。而等式的右边呢,有两个中子!(回到上面看公式!)
给一个,蹦出俩!
这很恐怖的!
想象一下,这大概类似于你在一个与世隔绝的孤岛上放了一对兔子(一只雌的一只雄的),然后过了十年,再来到岛上去看。你会发现岛上全是兔子了!他们通过近亲结婚和***,产生了无数的兔子,一个生俩俩生四个四个生八个……
于是,链式反应发生了。
原子核级别的链式反应,和兔子不同的地方在于,速度更快。1变2,2变4,4变8的速度达到了飞秒级别(10^-15秒),很多铀原子堆放在一起,只要环境中随随便便过来一个中子,或者给出一个固定的中子源比如锎、镭等元素,就可以引起极为快速的链式反应,于是所有的铀原子就同时爆炸了!于是,核弹也爆炸了!
所以,关键问题也就出来了。
关键词:“很多铀原子堆放在一起”
不能堆的太紧密,如果堆的太多,很有可能还没发射就炸掉。
直到这里,我们才终于基本说清楚了核弹的引爆方式。
堆的体积越大,越有可能爆炸。
体积越小,那么怎么弄,都不会炸。
所以最终的关键词就是:
临界体积。
如果核反应的元素“铀原子”堆的太紧密太多,超过了临界体积,那么就极易被引爆,只要随便什么中子源照射,就可以引爆,而不需要常规炸药,也不能被常规炸药引爆。
反之,如果“铀原子”过于松散,并且总体积小于临界体积,那么无论给什么样的条件,都无法发生链式反应。
所以核裂变弹引爆的最关键要素,就是将很多小于临界体积的铀棒放在一起,使之超过临界体积,并给予中子源。这样,链式反应就可以自发的发生了。
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而这个“体积聚合”的过程,是在已经封装好的核弹之内完成的!
是一个自动的控制系统!
而核密码箱控制的也是这个核弹内部的临界体积的控制系统!
核弹是否发射,是由负责导弹发射的那个指挥官决定的。比如空基就是当前飞行员,路基就是当前发射井指挥官,海基自然就是潜艇中的人。他们可以选择在弹道导弹上装载常规弹头,也可以选择装载核弹头。
这个核弹头他们能管的了发射,但是能不能炸,就不是他们能决定的了。
唯一的决定权,就在这个密码箱上面。
而密码箱是唯一的。
在不能把核弹拆开的情况下,还要把铀棒汇聚到超过临界体积的情况下,密码箱就是唯一能自动控制临界体积的设备。
所以才有了刚才弹道导弹发射后直接入水,连炸都没炸,好像一枚哑弹一般的尴尬场面。
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