氫彈的基本原理
（上）
1945年8月，美國分別在日本的廣島和長崎投下了原子彈，猛烈的爆炸幾乎把這兩座城市夷為平地。原子彈巨大的威力引起了世界的震驚，然而，與氫彈相比，原子彈的威力還真就是個(gè)“小男孩”罷了。
原子彈的能量“源泉”是利用重核裂變，而氫彈則是與之相反的輕核聚變。氫彈使用的“燃料”是氫的同位素氘和氚而不是普通的氫，所以嚴(yán)格地說氫彈應(yīng)該叫做氘氚彈。氘和氚聚合的方程式為：2D+3T—→4He+1n，放出的能量約為17.6MeV，平均每個(gè)核子放出3.5兆，而核裂變中平均每個(gè)核子放出的能量還不到1兆。400克氘和600克氚的混合物聚變放出的能量相當(dāng)于4千克鈾裂變或12000噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒的能量。
原子核內(nèi)部是由帶正電荷的質(zhì)子和不帶電的中子組成。那么帶正電的質(zhì)子為什么不會相互排斥而造成原子核破裂呢？原來，在原子核內(nèi)部的核子之間，存在著宇宙間最為強(qiáng)大的作用力——強(qiáng)（相互）作用力，要比質(zhì)子之間靜電的排斥力還要大一百多倍。如果一張紙完全由這種強(qiáng)作用力控制的話，那要撕開這張紙就必須要好幾百輛火車頭同時(shí)開足馬力地工作了。原子核之所以是穩(wěn)定的，完全就是強(qiáng)作用力的結(jié)果。不過強(qiáng)作用力的作用范圍僅限于原子核內(nèi)部（約10-14米），超過了則迅速減為0。也就是說，宇宙中最強(qiáng)大的大力士卻沒有胳膊，只有貼近才能感受到它巨大的威力。
電荷之間的作用力是與它們距離的平方成反比的，當(dāng)兩個(gè)帶正電的原子核很靠近時(shí)，強(qiáng)大的斥力會使它們無法彼此接近，只有當(dāng)它們之間的距離小于10-14米時(shí)，強(qiáng)作用力顯現(xiàn)出來，兩個(gè)原子核便會發(fā)生聚變而合為一體，同時(shí)放出核能。那么怎樣才能克服電荷之間的排斥力而使這兩個(gè)原子核足夠接近而發(fā)生核聚變呢？
如果把原子核比作飛速的汽車的話，那么正電荷之間的斥力就是汽車的保險(xiǎn)杠。只有汽車的速度特別大，才能克服保險(xiǎn)杠的作用而撞到一塊。有一個(gè)很簡單的讓原子核加速的方法，那就是加熱。當(dāng)加熱到大約6000萬度時(shí)（這個(gè)溫度發(fā)生的聚變能量不可控，要想實(shí)現(xiàn)可控的核聚變，溫度還要再高），一些原子核就可以發(fā)生聚變了，所以核聚變也稱為熱核反應(yīng)。不過這6000萬度的溫度可比一般的化學(xué)燃燒的溫度熱上萬倍，怎么才能實(shí)現(xiàn)呢？科學(xué)家們想到了原子彈，利用原子彈爆炸產(chǎn)生的超高溫來促使聚變的發(fā)生。
這樣看來，氫彈的基本原理也并不深奧，先利用常規(guī)炸藥引爆原子彈，在利用原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)氘和氚的熱核聚變，從而引爆氫彈。雖然氫彈爆炸的時(shí)間極短，但這三個(gè)步驟卻很分明。不過說歸說，實(shí)現(xiàn)這個(gè)原理的技術(shù)卻相當(dāng)復(fù)雜。別的不說，就是引爆氫彈的原子彈的技術(shù)就相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。而且原子彈爆炸以后會急速地膨脹，溫度下降，這樣參與聚變的氘和氚也會被炸開，即便能發(fā)生聚變反應(yīng)，馬上也就熄滅了，這個(gè)充其量就是個(gè)加強(qiáng)型原子彈。所以直到現(xiàn)在，各核大國政府還是把氫彈的設(shè)計(jì)技術(shù)列為高度的機(jī)密，一些科普書籍和網(wǎng)絡(luò)上的氫彈結(jié)構(gòu)示意圖都是一些愛好者從一些公開的資料中分析而來的。
氫彈的基本原理
（下）
1952年，美國進(jìn)行了人類歷史上第一次氫彈理論試驗(yàn)。這次爆炸的威力大約相當(dāng)于1040萬噸TNT當(dāng)量，約為廣島原子彈的700多倍。由于氘和氚在常溫下是密度很小的氣體，為了提高密度，就要使用龐大而精密的制冷設(shè)備將其轉(zhuǎn)變成液體（約-253℃），所以這種氫彈也稱為“濕式氫彈”。這顆氫彈被命名為“邁克”，竟重達(dá)65噸，根本無法用飛機(jī)或?qū)椷M(jìn)行投放。
科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)氘化鋰-6作為氫彈的核燃料是最合適的。氘化鋰-6是一種穩(wěn)定的固體化合物，所以用它做燃料的氫彈被稱為“干式氫彈”。在原子彈爆炸所產(chǎn)生的高溫高壓下，氘化鋰-6會分解，而原子彈爆炸產(chǎn)生的中子轟擊鋰-6原子核，會生成聚變所需要的氚（6Li+1n—→4He+3T）。而氚和氘發(fā)生聚變反應(yīng)也能釋放中子，這中子又可以和鋰-6作用產(chǎn)生氚，于是就形成了循環(huán)。隨著溫度的升高，鋰-6本身都會參與聚變（2D+6Li—→24He+22.4MeV），放出的能量也很可觀，每公斤的氘化鋰-6在聚變中約能產(chǎn)生4～5萬噸TNT當(dāng)量。由于氘化鋰-6便于常溫保存，不需要使用制冷設(shè)備，所以氫彈的體積和重量大大減小，能用飛機(jī)或?qū)椷M(jìn)行投放，可以用于實(shí)戰(zhàn)。1967年6月，我國第一顆可用于實(shí)戰(zhàn)的氫彈試爆成功，威力相當(dāng)于330萬噸TNT當(dāng)量。
科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，氘氚聚變產(chǎn)生的中子能量很大，竟能引發(fā)鈾-238的裂變，而且鈾-238也沒有臨界質(zhì)量的問題。于是在氫彈外層加裝鈾-238外殼，利用氫彈爆炸的高能中子引發(fā)鈾-238外殼的裂變，這就形成了三相彈，又稱為氫鈾彈。三相彈的步驟是裂變→聚變→裂變?nèi)齻€(gè)明顯的過程，威力要比普通氫彈大得多。其中裂變產(chǎn)生的能量很大，能達(dá)到核爆炸能量的一半甚至75%以上。但是，鈾-238裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)很多，三相彈中裂變的比例越高，放射性污染也就越嚴(yán)重，因而三相彈也被稱為“骯臟”的氫彈。1954年美國在比基尼島附近進(jìn)行了一次三相彈爆炸試驗(yàn)，威力相當(dāng)于1500萬噸TNT當(dāng)量。有一些放射性塵埃降落到了一艘日本漁船福龍?zhí)柹?，?dāng)時(shí)船上有23名漁民，全患上了放射病。
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