從原子彈和氫彈的爆炸原理來看,原子彈由于受自身臨界質(zhì)量的限制,存在一個極限爆炸當量,而氫彈只要增加核聚變材料,就能一直提高爆炸當量,理論上沒有上限。
核彈從原理上可分為原子彈和氫彈,我們都知道氫彈的威力要高于原子彈,這其實是兩者的爆炸原理決定的。
原子彈
其原理是利用裂變材料發(fā)生鏈式裂變反應,從而在瞬間釋放巨大的能量,讓原子彈爆炸的關鍵,就是控制好鏈式裂變反應,臨界質(zhì)量則是維持鏈式裂變反應所需的最小裂變材料質(zhì)量。
簡單點說,原子彈就是把兩塊或者多塊裂變材料分別保持在臨界質(zhì)量以下,需要引爆時,就把它們迅速組合到一起從而超過臨界質(zhì)量,于是原子彈就爆炸了。
雖然原子彈有槍式和內(nèi)爆式之分,但是其原理都是一樣的,比如1945年美國投放到日本廣島的“小男孩”,就是使用槍式的爆炸原理,用一塊裂變材料撞擊另外一塊裂變材料,使得整體超過臨界質(zhì)量引發(fā)爆炸。
臨界質(zhì)量并非完全固定,而是和材料的幾何形狀、純度、物理性質(zhì)、中子反射物等等有關,使用內(nèi)爆式的話,一般鈾-233的臨界質(zhì)量大約是15公斤,钚-239的臨界質(zhì)量大約是10公斤。
于是對于原子彈來說,爆炸前的每塊裂變材料必須處于亞臨界質(zhì)量,然后結(jié)合起來要超過臨界質(zhì)量,如果你繼續(xù)增加每塊裂變材料的質(zhì)量,在超過臨界質(zhì)量后自身就爆炸了,所以原子彈的爆炸威力存在上限,一般認為是50萬噸TNT當量。
氫彈
相比之下,氫彈使用核聚變來釋放巨大能量,比如我們每天看到的太陽,就是在發(fā)生氫元素向氦元素的聚變,每秒釋放3.8*10^26J,相當于9億億噸TNT當量。
核聚變沒有臨界質(zhì)量這個參數(shù),無論你有多少核聚變材料,只要達到了相應的核聚變溫度,就能引發(fā)聚變反應,所以理論上氫彈沒有爆炸上限。
由于引爆氫彈需要上億度的溫度,化學爆炸是無法達到的,所以氫彈一般需要用原子彈來引爆,擁有氫彈的國家必須具有成熟的原子彈技術才行。
當然要想不斷增加氫彈的爆炸當量也絕非易事,因為隨著核聚變材料的增加,在最初一部分材料發(fā)生核聚變后,釋放的能量會把周圍的核聚變材料炸分散,使得后續(xù)的核聚變材料達不到反應條件。
要想增加氫彈的爆炸當量,對氫彈的爆炸結(jié)構(gòu)有著特殊的要求,氫彈的體積也將變得無比巨大,從而失去了實用意義;比如蘇美冷戰(zhàn)時期,蘇聯(lián)引爆的沙皇炸彈重達27噸,爆炸威力相當于5000萬噸TNT當量,爆炸時產(chǎn)生的蘑菇云有40公里寬,64公里高,是至今為止人類造成的最大規(guī)模爆炸。
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