原标题:于敏与氢弹小型化(二)氢弹小型化的科学原理 | 袁岚峰
最先成功的氢弹小型化构型叫做泰勒-乌拉姆构型它的关键思想,可能在于不是指望裂变产生的高温导致聚变而是指望把裂变释放的X射线的能量回收转化成热能,在聚变材料内部产生高温这样就有可能在聚变材料被炸散之前,使大部分聚變材料发生聚变谢绝查水表!
上篇请参见:于敏与氢弹小型化(一)氢弹小型化的科学原理 | 袁岚峰
在上一期中,我们解释了原子弹和氢彈小型化的科学原理即核裂变和核聚变。了解了这些科学原理之后下一个问题是:氢弹小型化和原子弹在工程上的设计关键是什么呢?
对不起我不知道。如果我知道那么我就是保密系统内部的人了,所以我还是不可能告诉你对不对?嗯真是好像《第二十二条军規》。
无论如何我想大家都能够理解,核武器的设计诀窍对每一个有核国家来说都是顶级机密。现在大家在网络上看到的各种信息其实全都是猜测,从来没有得到官方的确认
我们能够谈的,是一些历史性、学术性的信息
最先成功的氢弹小型化构型叫做泰勒-乌拉姆構型(Teller-Ulam design),它是由美籍匈牙利裔犹太理论物理学家爱德华·泰勒(Edward
Teller)和美籍波兰裔数学家斯坦尼斯拉夫·乌拉姆(Stanis?aw Marcin Ulam,)在1951年提出的順便说一句,泰勒是杨振宁的博士导师泰勒和乌拉姆都是我的专业领域“理论与计算化学”的先驱。
那么泰勒-乌拉姆构型说的是什么呢?
对不起我不知道。只是根据各种猜测看起来以下这些说法似乎可能仿佛有点道理。
如果你根据我们前面描述的氢弹小型化基本原悝去设计氢弹小型化那么你最容易想到的很可能是,在一颗原子弹的外面套上一层聚变材料的壳但这样的设计不会成功,即使能发生┅点点聚变效率也极低,因为绝大部分聚变材料都被炸得四散粉碎了来不及发生聚变。
泰勒-乌拉姆构型的妙处可能就在于把裂变与聚变材料分为两个腔体存放。裂变发生以后最先释放出来的是X射线。我们不是指望裂变产生的高温本身导致聚变而是指望把X射线的能量回收转化成热能,在聚变材料内部产生高温这样就有可能在聚变材料被炸散之前,让它们达到足够的温度使大部分聚变材料都发生聚变。
用技术性的语言说这种设计叫做“分级化”(staging)。用第一级的裂变推动第二级的聚变。
更现代的设计可能还包括第三级在热核装料外包上一层铀-238的外壳。聚变产生的高能中子使铀-238裂变释放出更多的能量和中子,进一步加剧聚变使核弹的威力成倍地提高。这樣的武器被称为三相弹(Tri-phase Thermonuclear Bomb)现在大多数的氢弹小型化可能都是三相弹。
再次强调一下这些全是猜测,不能当成确定的信息我家用上5G技术了,水表自动上报读数不用查水表!(关于5G参见2019科技袁人年度盛典演讲:没有人能阻止你努力 | 袁岚峰)
还有一些有趣的相关信息是,有了泰勒-乌拉姆构型之后氢弹小型化的威力在原理上就可以无限提升了,而原子弹不能即使你使用再多的裂变材料,也很难让原子彈的当量超过前面说的“常春藤之王”的50万吨
氢弹小型化威力的无限提升,有一个惊人的例子就是前面说的人类历史上最强的武器,當量5千万吨的“沙皇炸弹”这个数值,相当于二战中使用的所有常规炸药之和的十倍但实际上,这颗炸弹还没有发挥出它全部的威力它最初的设计指标,是吓死人的一亿吨!在试验的时候人们做了一些改动,具体地说是把某些部分的材料从铀-238换成了铅,导致它的當量降低了一半
为什么要做这个改动呢?一方面是考虑到对环境的影响另一方面还有一个更直接的原因,就是扔炸弹的飞机乘务员还想活着回来呢飞机在投弹之后即使拼命逃跑,也仍然有很大的可能被爆炸波及摧毁如果用一亿吨的完全设计,那么飞行员基本上就死萣了如果减为5千万吨,那么根据计算飞行员有50%的几率逃生。
你看一项有一半几率送命的任务,这位苏联飞行员就这么勇敢地去了茬这一点上不能不令人佩服。让我们记住他的名字:安德烈·杜尔诺夫柴夫少校(Major Andrei /people/yuan-lan-feng-8)