目前,俄乌局势越演越烈,波兰总理近日表示也要考虑获取核弹的能力。
一时间,核弹危机甚嚣尘上。
但核武真正的限制,在于一些拥核国家以技术合作为名的暗渡陈仓,因为核弹的制造远比你我想象的复杂得多。
核能实现只有两种途径:核聚变与核裂变,想造核弹就必须解决这两个问题。
核裂变是一个重原子核受到中子轰击,分裂成两个或多个较轻的原子核。
这个过程可以想象成多米诺骨牌,从推到第一个骨牌开始,便会引发连续不断的链式反应,并释放出巨大的能量。
这就是原子弹爆炸的原理。
核聚变与核裂变相反,是两个轻原子核聚合成一个重原子核的过程。
核聚变中,两个原子核的聚合,需要巨大能量来克服彼此间的排斥力,而具备如此能力的只有核裂变。
核裂变+核聚变,这就是氢弹爆炸的原理。
氢弹把原子弹作为启动扳机,将释放出比原子弹还要巨大的能量。
氢弹的核聚变,反应温度高达1亿摄氏度以上,比太阳核心的温度1500万摄氏度还要高出数倍,此外,还要具备极大的压力。
目前,实现可控核聚变的主流装置为托卡马克装置。
原子弹进行核裂变的原料主要是铀、钍等重元素。
这些元素在地球上的蕴藏量有限,而且铀矿开采和提炼也相对复杂,成本较高。
原子弹爆炸后,还会产生大量具有强辐射性的废料。
核废料的半衰期很长,有的甚至长达数万年,对环境和人类健康构成了长期的威胁。
处理这些核废料是一个全球性的难题。
氢弹核聚变的主要原料是氘和氚。
氘在海水中的含量极为丰富,氚在自然界中含量较少,但可以通过反应来制取。
氢弹爆炸后,产生的废料相对较少,且辐射水平低很多。
氢弹爆炸后的主要生成物是氦,氦是一种稳定、无害的元素,没有放射性。
核聚变在环保和安全性方面具有巨大潜力,成为未来清洁能源的重要发展方向 。
制造原子弹的第一步,是获取合适的核原料,主要是铀-235。
自然界中,铀235的含量非常低,只有约0.7%。而获得1公斤武器级铀235,就需要200吨铀矿石。
获得铀是非常复杂的系列工艺,要经过探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等流程,而浓缩分离是其中最后的流程。
要将其浓缩到武器级水平,通常要求铀-235丰度达到90%以上,对提纯技术和设备的要求极高。
除了技术上的难题,铀浓缩技术还受到国际原子能机构(IAEA)的严密监管,这使得许多国家难以获得相关技术和设备,进一步增加了制造原子弹的难度 。
有了足够的核原料后,如何让这些原料在瞬间释放出巨大的能量,实现核爆,是又一个关键难题。
原子弹引爆模式主要有“枪式”和“内爆式”。
”枪式“引爆相对简单,顾名思义,可以理解为枪中的子弹发射。
通过化学炸药爆炸产生推力,使裂变材料迅速聚拢到一起,达到超临界状态,引发链式裂变反应。
”内爆式“是通过化学炸药爆炸产生压力,压缩裂变材料,快速增大其密度,达到超临界状态,引发爆炸。
与“枪法”相比,“内爆法”用料大幅减少,因而被广泛采用。
不过,原子弹的引爆难度在于如何精确控制化学炸药的爆炸,这需要极其精密的设计和制造工艺,以及对物理过程的深入理解。
因此,核试验变得异常关键。
因为通过核试验可以确定引爆参数,进而优化引爆技术,这也就是国际社会签署《全面禁止核试验条约》的原因。
制造氢弹,面临着比原子弹更为艰巨的挑战。
根据之前核聚变的介绍,制造氢弹需要先拥有原子弹作为启动扳机。
这就意味着,一个国家如果想要制造氢弹,必须先掌握原子弹的制造技术。
而制造原子弹本身就已经是一项极其困难的任务,这无疑给氢弹制造增加了一道高高的门槛 。
不过,从原子弹到氢弹的跨越,不仅仅有了扳机就行了,其中的构型设计更是地狱级难度。
在原子弹爆炸时,会产生强烈的辐射,这些辐射需要被利用起来,通过反射、聚焦等方式,形成高温高压环境,从而引爆氢弹中的聚变材料。
正因如此,氢弹的制造成为了极少数国家才能掌握的顶尖技术。
目前,全球已知能够控制核聚变并可以武器化的,只有美国的T-U构型和于敏构型两种,后者在小型化上甚至还要超出前者。
核能的未来并不只在于战略威慑,而在于能源应用,这才是核能出现在地球上的重要意义。
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