氫彈是一種威力巨大核武器,其所釋放的能量更勝原子彈,迄今為止還沒有一顆氫彈被應用於實戰,我們也希望它永遠不會被應用於實驗,因為它實在太過可怕了。
那麼氫彈爆炸所釋放的巨大能量是如何產生的呢?氫彈又是如何製造出來的呢?目前製造氫彈所使用的是氫的兩種同位素,即氚核與氘核,當二者的距離非常近的時候,則會發生聚變反應,也就是我們所說的核聚變,聚變之後,會生成一個氦核,同時釋放一箇中子。從反應過程可知,一個氦核的質量要比一個氚核與一個氘核的質量略少,也就是說在聚變過程中發生了質量虧損。質量虧損有什麼了不起呢?還真是挺了不起的。我們先來看一下質能方程:E=mc∧2。這裡的E代表了物體的能量,而m代表了物體的質量,c代表光速,也就是說能量等於質量乘以光速的平方。
光速是什麼?光速取值299792458,可見光速的平方是一個極其巨大的數字,也就是說只需要十分微小的質量就可以產生極其巨大的能量。
明白了這一點,氫彈為什麼威力巨大,也就不言而喻了。現在的問題是,如何才能讓氚核與氘核聚變為氦核,前面已經說過了,要想讓二者發生聚變,就要讓二者的距離足夠近,多近呢?至少要達到10的-15次方米,這是非常困難的。不僅常規手段無法把二者撮合在一起,就算是使用常規的炸藥也無法辦到。所以要想促成核聚變反應,就必須要使用一種能量極大的“炸彈”,這種“炸彈”我們稱之為“原子彈”。與氫彈一樣,原子彈也是一種威力巨大的核武器,不同的是,原子彈的核心原理是核裂變,而非氫彈的核聚變。
那麼核裂變又是怎麼回事呢?
在以鈾238為主的鈾礦之中存在著微量的鈾235,當鈾235吸收一箇中子之後,會裂變為一個鋇原子核與一個氪原子核,並釋放出3箇中子。從反應過程可以看出,裂變反應同樣造成了質量虧損,而存在質量虧損,就意味著巨大能量的釋放,但這個反應真正可怕的地方在於,反應會釋放三個中子,而這三個中子又會被其它鈾235吸收,再次促成裂變反應,如此就形成了牽一髮而動全身的效果,而這種現象就被稱之為“鏈式反應”。
然而要促成鏈式反應也不是那麼簡單的,這對於鈾235的濃度和體積都是一個考驗,如果鈾235的濃度不夠,就無法保證反應釋放出的中子能夠成功撞擊其它鈾235,鏈式反應也就不能形成,所以原子彈所使用的鈾塊是存在一個臨界體積的,只有超過了臨界體積,原子彈才能成功爆炸。
在製造氫彈的時候,最外層會裝載氚核和氘核,而在內部會裝載不少於3個的鈾塊,這3個鈾塊單獨來看,每一塊都沒有超過臨界體積,所以是非常安全的。
如果想要引爆原子彈,也很簡單,只需要把3個鈾塊拼合在一起,它們就超過了臨界體積,而中子到處都有,所以核裂變一觸即發。不過說起來簡單,要真把3個鈾塊拼合成一個,常規方法也是不行的,所以在鈾塊的周圍會安裝炸藥。所以一枚氫彈的結構簡單來講就分為三個部分:炸藥、鈾塊、氚核與氘核。當我們打算引爆一枚氫彈的時候,只需要先點火引爆炸藥,炸藥爆炸會產生一股強大的推力,在這股推力的作用下,3個鈾塊被擠壓在了一起,於是超過了臨界體積。
超過了臨界體積的鈾235吸收了一箇中子之後,開始發生裂變,每一個裂變的鈾235都會釋放出三個中子,進而促進3個鈾235繼續裂變,於是鏈式反應形成了,巨大的能量在這一過程中被釋放了出來。
原子彈爆炸的威力是極其巨大的,在如此巨大的爆炸威力下,氚核與氘核之間的距離超過了10的-15次方米的臨界距離,於是核聚變開始了,氚核與氘核聚變成為氦核,虧損的質量以能量的形式釋放了出來,巨大的能量產生了毀滅性的爆炸威力。那麼核聚變過程中所釋放的能量到底能產生多大的威力呢?這個很容易計算,大概每1千克的質量虧損所釋放的能量相當於1000萬噸TNT炸藥爆炸所產生的能量。所以無論是氫彈,還是原子彈,都是非常可怕的,希望這些核武器永遠不會被真正應用於實戰。