製造一顆原子彈有多難呢?如果是在七十年前,那的確是堪比登天,可是現在這個門檻早就已經降低到一個你難以想象的程度,實踐證明,只需要兩名頭腦靈光的大學生,一張規模稍大圖書館的閱覽卡,幾個筆記本,外加兩年時間,就完全可以設計出一顆真正的原子彈!
兩名大學生 兩年造出原子彈
1964年,美國五角大樓推出了一項絕密的——“第N國計劃,目的就是測試一個沒有任何核經驗的國家,製造一顆原子彈的難度究竟有多大?很快兩名剛走出校門不久的大學生被砸中了,他們的實驗條件僅僅是一個辦公室,嚴禁向任何有原子彈研發知識的人請教,另一方面,他們倆經手的任何東西,畫有圖表的筆記本,寫在信封背後的小便條,全都是“最高機密”。
具有諷刺意味的是,這兩個年輕的“門外漢”,毫不費力就找到了一個免費的資料來源,美國“核和平利用計劃”公開出版物。這些公開出版物讓兩位年輕人如同阿里巴巴進了四十大盜的寶庫,利用公開資訊,一步步完善設計計劃。
1966年底,也就是兩位年輕人參加這一絕密行動兩年半之後,一份雖然簡明但絕對可操縱性的報告誕生了,這份報告以十分專業的語言,詳細說明製造原子彈要用哪些東西,以及如何進行生產,專家評定後認為,美國的原子彈軍工廠完全可以照單抓藥,直接進行原子彈的生產,爆炸的強度跟當年投放到廣島的“小男孩”沒有什麼兩樣!
那麼問題來了,如何才能一顆真正的原子彈呢?接下來我們就來一步步的覆盤,或許看了之後你也可以創造奇蹟。
原子彈的製造原理
首先來說說原子彈的製造原理,核燃料鈾—235的原子核由143箇中子和92個質子組成,鈾—235在中子的轟擊下發生裂變,產生兩個新粒子鋇和氪,同時又釋放出2—3箇中子和200兆電子伏特的能量,而釋放出來的中子又進一步的撞擊核燃料鈾—235,釋放更多的能量,如此反覆產生“鏈式反應”,釋放巨大的能量,從而產生核爆炸。
據測算,一克完全裂變的鈾—235,就相當於20噸TNT炸藥,摧毀120米範圍內的建築物,不過在實際中,鈾—235一般很難完全裂變,往往伴隨著大量的浪費。
雖然鈾235具有極強的放射性,可是簡單地把核燃料堆放在一起卻不會引發爆炸,最多也就是輻射加強,並不會成為真正的武器,就像你把炸藥簡單的堆放在一起不會爆炸一樣,所以,你需要把核燃料集中在一個狹小的空間,然後再引燃或者猛烈的撞擊,以此引發核裂變。
因此,根據引燃方式不同,原子彈又分為槍式原子彈和爆破式原子彈。前者是利用猛烈的撞擊引燃核燃料;而後者爆破式就是利用引燃劑引燃核燃料。
槍式原子彈
二戰時期日本廣島的原子彈就是槍式,顧名思義,這種武器的也有一根類似“槍管”的結構,核燃料被分為兩半,一半固定在槍管的一端,作為“母彈”,另一半放在另一端,可以沿著槍管向“母彈”滑動,像當於“子彈”,在“子彈”的尾部裝上傳統的炸藥,當傳統炸藥被引爆後,“子彈”核燃料會沿著槍管猛烈撞擊另一端的“母彈”,於是核爆炸就發生了,這就是原子彈。
槍式原子彈聽起來非常簡單,但這裡有一個明顯的“缺點”,就是“子彈”和“母彈”撞擊速度必須足夠快,這就需要把“槍管”造的足夠長。如果撞擊速度稍微慢一點,“鏈式反應”釋放的能量會把兩塊核燃料重新分開,導致反應終止。
另外,槍式原子彈對於核燃料的利用率極低,比如廣島原子彈只有1.2%,雖然攜帶了64公斤的核燃料,但是TNT當量卻只有1.5萬噸,因此這種方法可以說是極其原始。
爆破式原子彈
爆破式原子彈一般被設計成多層的球形,第一層是普通的炸藥,第二層是能被壓縮的擠壓劑,第三層才是核燃料,比如鈽—239,最裡面一層是引燃劑,由鈹和釙組成,可以釋放出中子,爆炸時,外圍的炸藥首先起爆,產生環形衝擊波,再衝擊第二層的擠壓劑,擠壓劑在衝擊和擠壓下,會強力擠壓核燃料,達到合適爆炸發生的緊密程度,這時候,最裡層的引燃劑釋放的中子,轟擊核燃料就可以引燃核燃料,從而產生核爆炸,二戰時期日本長崎的原子彈“胖子”就是爆破式原子彈。
“胖子”相比“小男孩”就要先進不少了,只是攜帶6.1公斤的鈽—239,爆炸當量卻達到了2.2萬噸TNT,核燃料利用率達到了17%。
爆破式原子彈原理也不復雜,但製造起來並不簡單,首先外圍爆炸所產生的的衝擊波必須是完美的球形衝擊波,否則不均衡的爆炸會使內層脆弱的地方炸裂,從而導致核洩漏,為了製造完美的圓形衝擊波,炸藥的分佈和形狀必須非常規整,而且必須在同一時間引爆所有的外圍炸藥,哪怕只有一小塊炸藥引爆遲緩,就會產生衝擊波孔洞,從而導致核洩漏。
原子彈製造的難題
原子彈的製造的原理並不難,可為什麼世界上大多數國家都沒有核武器呢?這主要是因為核燃料的提取程式繁雜且極其昂貴,原子彈的核燃料主要是鈾—235和鈽—239,而鈾—235在自然界中含量極少,只有不到1%,99%為鈾—238,而原子彈的鈾—235含量必須達到90%以上,而透過同位素鈾—238提煉鈾—235難度極大。
互為同位素的鈾—238和鈾—235,差別在於鈾—238多出了3 箇中子,儘管只是看上去極小的差別,鈾—238的特性卻是不容易裂變,也就造不了核武器。
想要分離出鈾—235,就必需兩個條件,一個是大量的電力,另一個是離心機,因此從某種意義上說,離心機也算得上一種戰略物資。
再說了,就算你裝置全部齊全,還有一個最大的難題,就是鈾礦在自然界含量極低,目前全世界的產鈾國只有21個,其中澳大利亞和加拿大佔了一半。
中國的鈾礦產地主要集中在湖南,1964 年,中國在羅布泊成功爆炸的第一顆原子彈,其中的鈾,大部分就來自郴州的 711 礦和衡陽的 712 礦。
鈽在自然界含量更少,所以一般採用中子轟擊鈾—238的方式得到,而且鈽是毒性最劇烈的放射性元素之一,5克的鈽就可以毒死全人類,所以鈽的製造和儲存都是難度極大。
就算你突破原料和技術的難關,還有一個關鍵問題,就是投射,因為原子彈總不能就地引爆吧,因此又牽涉到導彈技術,核武器必須要搭載在導彈上,才能實現遠端打擊,