因此,原子弹的制造,很难也很易,难的是一开始,易的是开始之后的全部。
按照原理,原子弹制造的关键,在于临界质量问题上面。
原子弹和常规炸弹不同,常规炸弹没有临界质量问题,炸药的数量不受限制,想要装填多少就装填多少。但是原子弹不行,一旦原子弹中的核原料达到临界质量,甚至超出临界质量,就会处于时刻有可能发生核爆炸的危险状态。
为了防止核武器在使用之前就自爆这种意外或者说事故发生,原子弹在储存时,必须要保证内部装填的核原料低于临界质量,也就是处于次临界质量状态。
而在真正投入使用的时候,又要让内部装填的核原料,必须在极短时间中就达到超出临界质量很多的情况,即超临界状态。这样才能保证裂变链式反应过程中,自由中子数量增殖达标,高效率的利用核原料,释放出预想的毁灭性破坏力。
原子弹只有解决了临界质量的“跨越”问题,才算是一枚合格的原子弹。
而要想解决这个问题,就要知道,临界质量是和核原料的几何形状、物理密度有关的。一块超临界的核原料,分成多块,就变成了次临界,或者把他的体积增大、密度降低,也会变成次临界。
原子弹具体要做的,就是让弹体中的核原料分成数块,使用时,能够通过内部装置把数块核原料瞬间积压在一起,达到超临界,然后提供中子源激活持续核连锁反应,产生核爆炸。
这其中的最主要的一个字,就是快。
必须快,必须非常快。
因为核爆炸发生的时间很短,所以要保证引爆极快,不然就会还没有完全引爆,就被爆炸提前炸开弹体,浪费了剩余的珍贵核原料。
一般来说,引爆要在万分之一秒内完成,不同核原料被挤压到一块更是要把时间差别缩短到几百万之一秒,这样才不会让原子弹的爆炸出现较大差异。
如果能够做到这一点,那么接下来原子弹会在三个震颤中,完成自己的使命,释放出毁灭的蘑菇云。
震颤是当初制造第一枚原子弹时发明的术语,一个震颤只有一秒的亿分之一,光线在这一段时间中也不过才堪堪走过三米的距离。
三个震颤,光在真空中走过九米,一枚原子弹就完成了从开始到结束的一切。
就这么短暂。
短暂到极致,所以才让威力恐怖到极致。
……
制造合格的原子弹内部装置,要涉及到爆轰物理、流体力学、冲击波动力学、高温高压凝聚态物理等多种知识。
一般这种内部装置是由引爆控制系统,高能炸药,反射层,含有核原料的核部件,中子源五部分组成。
引爆控制系统负责引爆高能炸药层,之后借住爆炸的冲击力,推动、挤压反射层和核部件,让核原料达到超临界状态。中子源这时提供“点火”用的中子,让核原料开始进行持续核连锁反应,成功引发核爆炸。
常规意义上,内部装置分为两大类型:枪式,和内爆式。
枪式内部装置比较简单,一般只需要两块次临界质量的核原料就可以。
整个装置看上去就像是一个圆筒,或者说是一个铁管。在铁管的中部,有中子源,铁管的两端则是会各放置一块半球形核原料——平面向内,球面向外。
半球形核原料的外部球面,包裹上一层反射中子的反射层(用来反射中子,提高持续核连锁反应效率),然后在反射层外依次安装着高速炸药、传爆药、雷管、起爆器。
一旦装置激活,在炸药爆炸威力下,两块半球形核原料会向着中央移动,在极短时间内发生碰撞,挤压成一个扁球形,达到超临界状态。这时中子源会释放出大量中子,让核原料产生持续核连锁反应,引发核爆炸。
这种装置,优点是技术含量比较低、便于制造,缺点是对核原料的利用率也同样低。因为到达超临界状态时,核原料没有受到过度挤压,是常态密度。换句话说,原子不够密集,就像是把操场上两个百人队伍的学生突然推到了一块,虽然达标了,但也只是达标罢了,持续核连锁反应不够快。
地球上,某大国用于实战的第一颗原子弹,就是这样的枪式装置。因为技术简单,连核试验都没有做,直接使用。效果很感人,核原料装填高达64公斤,利用率只有1.2%——是的,1.2%,剩下的百分之98.8%都被浪费了,TNT威力当量只有1.5万吨。
注①:本文涉及的原子弹制造所有技术知识,均来自于中国工程物理研究院官网、维基百科等网络公开资料,以及《惊天核网》等公开出版书籍。
第1026章 最后的准备
除了枪式装置外,就是内爆式装置了。
什么是内爆?
一般爆炸都是从里向外爆炸,内爆则不同,是从外向里反向爆炸进行压缩。
内爆式的装置,是用炸药的能量做功,将次临界状态的多块核原料,快速压紧在一个很小的体积内,使之达到超临界状态。
这就相当于在操场上,把围了一圈的上千个学生同时向着中间推,让他们最终一同聚集在中心只有方圆几平米的地方,这时他们的密度将会极其惊人。换成核原料的话,那就是原子的密集度达到一个恐怖程度,大大超过临界质量。
因此对核原料的利用率更高,威力更大,但技术难度也会有所增加。
最为关键的一个地方就是,如何让众多的核原料同步压缩。举例子说的话,就是如何让操场上的一千人,同时到达中心挤压在一块。
核原料是用爆炸的轰爆波推动的,而普通炸药的轰爆波向内传播本身就不同步,因为它是由以一个点向四周扩散的圆。
这样,就会让推动的核原料出现弧度差别。
这差别放在其余爆炸中,无关紧要,但是放在以震颤计时的核爆炸中,就是致命的了。
为了保证内爆效果,必须改进爆炸,让轰爆波不是以圆形传播,而是以平面传播。众多平面连接着一块,向着内部一同挤压,才能形成一个近似的圆,进来消除误差。
除此外,雷管的布置、引爆器的研究等等,都需要改进。
和枪式装置相比,内爆式装置的难度有显而易见的提升,但考虑到对核原料的利用率大幅度提升,这是完全可以接受的。
地球上,某大国用于实战的第二颗原子弹,便是内爆式装置。核原料装填和第一枚原子弹的64公斤相比,只有可怜的6.1公斤,但利用率却高达17%,因此释放的威力不降反升,TNT当量相当于2.2万吨,超过第一枚的1.5万吨当量。
……
“哗啦哗啦……”
李察坐在图书馆的紫色大厅中,不断翻动书籍,一页又一页,认真看着上面记载的知识。
一直看了好半天,缓缓站起身来,向着石头材质的长颈乌龟看了一眼,露出一个微笑,把书籍还给对方,“好了,苏玛,放回去吧。”
“我的创造者,你已经得到你想要的东西了?”长颈乌龟用嘴叼着书籍放回原处,嗡声问道,语调柔和。
“差不多吧。”李察轻点头道。
“那你要离开了,对吧?”长颈乌龟问。
“嗯。”李察再次点头。
“那我会等待你下一次来临的。”长颈乌龟低垂了一下头,告别道。
“再见,苏玛。”李察挥手道。