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为什么核弹拥有毁灭性的破坏力?

为什么核弹拥有毁灭性的破坏力?

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2016-07-02

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     核弹能够利用将原子核聚集在一起的力量。核能被原子以两种基本形式释放出来: (1) 核裂变:你能够借助一个中子将原子核分裂成两个较小的部分。这种方法通常包括 使用铀的同位素铀-235、铀-233或钚-239等。
  这个过程被核电站发电所使用。 (2) 核聚变:你能够将两个较小的原子,通常是氢或氢的同位素(氘或氚),相结合以制 造一个较大的原子(氦或氦的同位素)。  这就是太阳如何发光发热的。
   在这两种基本形式的任意一种中,所释放出的能量都是巨大的。例如,一个棒球大小的 铀-235所包含的能量等同于400万升汽油所包含的能量。你可以把它想象为400万升的汽油 装在一个1。4立方米的空间内,可以想见核弹的能量密度多大了。
   一颗裂变式核弹使用如铀-235等原料来制造核爆。  铀-235是少数几种可以人工裂变的 元素之一,这种独特优势使它成为建造核电站和生产核弹都很有用的物质。如果一个自由的 中子进入铀-235的原子核内,原子核就会毫不犹豫地吸收该中子,变得极不稳定,并立即开 始裂变。
   一旦原子核开始吸收中子,它就会分裂成两个较轻的原子,并同时逸出2〜3个新的中子, 逸出的中子数量取决于铀-235原子是如何分裂的。  当两个新原子被置入新位置时,随即放射 出伽马射线。
  人工裂变过程中有3件事使裂变变得更为有趣: (1) 铀-235获取通过其附近的中子的概率是比较高的。在一个正常工作的核弹中,每次 裂变都会有一个以上的中子逸出,并导致下一次裂变的发生。这种状态被称为超临界状态。
     (2) 铀-235获取中子并裂变的这一过程持续时间非常短,只有1(T12秒左右。 (3) 当原子裂变时,令人难以置信的巨大能量会以热量和伽马射线的形式释放出来。一 次裂变产生的能量取决于裂变产物与中子加在一起的质量与铀-235本身的原子质量之差。
  在 质量上的落差都转化为了能量,并遵循着e=mc2的公式。   在一颗裂变式核弹中,裂变物质必须保持为不会导致裂变的独立亚临界体,以防止提前 爆炸。临界体是指可裂变物质能够发生核裂变反应的最小质量。
  核弹制造者有两种常用的将 质量结合起来的技术:枪触发和爆聚触发。 (1)枪触发裂变式核弹 最简单的将亚临界体汇集的方法就是使用枪将一个亚临界体打入另一个亚临界体。  一 颗小型子弹被从铀-235圆棒中取出,放在长管的尾端,并在其后设置了爆炸物。
  铀-235 圆棒则在长管的另一端,中子发生 器放在圆棒的尾端。爆炸物推进子 弹在枪管中向前移动。当子弹进入 圆棒,就会触及发生器并开始裂变 反应。 在广岛爆炸的“小男孩”核弹 就是这种枪触发裂变式核弹,拥有 1。
    45万吨当量,其效率约为1。5%。 也就是说,爆炸前发生核裂变的1。 5%的物质,将其余的放射性物质全 部消耗光了。 (2)爆聚触发裂变式核弹 这种爆聚触发设备是由铀- 235或钚-239的球形材料外包高 爆炸药构成的。
  高爆炸药爆炸后产 生冲击波,并重压在由铀-235或钚-239构成的内核上,导致裂变反应的开始。  在长崎爆 炸的核弹“胖子”就属于这种类型,它拥有2。3万吨当量,效率为17%。
   稍晚一些的型号由铀-238球体为主,内部为钚-239的亚临界体外包髙爆炸药。高爆 炸药爆炸后,驱使钚的亚临界体结合为一个球体,这就形成了两股冲击波,一股向内,一 股向外。这些冲击波会使核弹内部密度增大为普通爆聚触发裂变式核弹的2。
    5〜4倍,并 且会释放出更多的能量。 聚变式核弹,也被称为热核炸弹,较之裂变式核弹,有着更高的当量和更高的反应 效率。为制造出聚变式核弹,你必须在高温下创造出足够的压力,将氢原子融合在一起。
   为做到这一点,一个裂变式核弹负责制造热量和压力,这样就可以起爆聚变式核弹了。   在弹体内,需要有一个爆聚触发裂变式核弹和一个铀-238圆棒,称为反射器。在反射器 内是氘化锂(可以制造用来发生聚变反应的氚),在铀圆棒中心有一个钚-239的空心棒。
  起 爆核弹会导致下列事件的发生: (1) 裂变式核弹的爆炸放射出X射线和伽马射线。 (2) 很高的热量导致反射器膨胀并燃烧殆尽,并向内挤压氘化锂。   (3) 这种压缩的冲击波导致钚棒的裂变。
   (4) 正在裂变的钚棒放出辐射、热量和中子。 (5) 中子与锂相结合成为氚。 (6) 这种髙温与高压的环境会导致氚-氘和氘-氘发生聚变反应,最终导致核弹爆炸。 所有这些事件发生在1/6000亿秒内,其中裂变式核弹爆炸的时间为1/5500亿秒,聚变 过程需要1/500亿秒。
    聚变的结果是一次巨大的爆炸:1000万吨当量。 核弹若以人口众多的城市为目标实施爆炸会造成巨大的毁灭。很多方面都导致了损失: (1) 爆炸产生的高温热浪。 (2) 爆炸产生的冲击力。
  
   (3) 辐射。 (4) 放射性原子粉尘(放射性灰尘颗粒云团及掉落的核弹残片)。   一个大型的热核炸弹能够将几千米之内的一切统统抹去,连比这更远处的建筑物也会遭 到破坏。

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