|
|---|
|
|
|
|
|
|
y*z
发帖数: 3244 | 1 日本在福岛核电事故处理不力，遮遮掩掩，其中有什么玄机？
凤凰军事 防务短评 铭锋
亚洲的国家都很有志气，但凡没有安全感的，为了自身国家的安全和政权稳定都或多或
少的有过自己的核武器计划。但是相对欧美国家，落后的工业基础和科研环境是他们的
巨大软肋。再加上核大国对核武器技术核材料上的封锁，除了中国突出重围，独自获得
巨大成功之外，其他国家即使获得了某些“外援”也依旧停留在原子弹的技术层面上。
那么原子弹到底有多简单，或者有多难？据说日本只要摆脱束缚，一个月就能拥有核武
器的说法，是可能的吗？这一切的答案，都要从原子弹本身的设计和制造难度说起。
中子在铀块中的运动
首先要解决原理问题
原子弹的原理是原子核裂变的链式反应。为了达成这两点，需要很多工程技术工作来进
行保证。
首先是原子核裂变的问题：放射性元素自发的从原子内发射出粒子而衰变为其他元素，
这之间伴随着能量的释放，这个过程称为衰变。而裂变则是原子核在受到其他粒子撞击
时破碎，产生的大块原子核碎片形成其他元素，产生的新粒子则成为辐射。经过研究，
适合武器化的裂变反应主要有三种：
U235吸收1个中子裂变，同时产生新的中子和能量
U238吸收1个高能中子裂变，同时产生新的中子和能量
Pu239吸收1个中子裂变，同时产生新的中子和能量
裂变原理很简单，通过不停的实验就可以获得反应条件。而如何形成链式反应，让原子
弹持续自发的将核装药反应完全，则是比较困难的。链式反应至少需要以下条件：
1、 保证中子在反应空间内的增殖。裂变反应需要中子才能继续进行，而如果新产生的
中子不足以抵消消耗，或者中子因其他原因消失，则链式反应就无法进行。
2、 增值的中子必须能量合适。U235的裂变反应条件比较温和，对中子的能量条件不敏
感。但是U238则必须要高能中子才能裂变，否则就会出现吸收效果，中子数量的下降将
导致链式反应的停止。所以通常的原子弹都以U235为裂变材料。
3、 核材料在反应过程中必须保持完整。核反应时会产生大量的能量，高热将瞬间使得
材料膨胀飞散，需要保证材料在完全炸飞前大部分完成反应。
有了链式反应的理论支持，那么为了实现核爆炸就是一个工程实践的问题了。
“胖子”是一颗典型的内爆法钚弹
再说设计方法
核材料维持链式反应的进行需要一个“临界质量”。这个“临界质量”并不是一个固定
的量，而是指刚好能进行链式反应的物理条件。只要几何形状够小且质量足够，保证新
生的中子大多数都能在逸散出核材料之前碰到铀原子。同时在核材料外围加上一个中子
反射层（通常是铍）。达到此条件后，再给将核材料用中子源点火，那么链式反应就将
继续下去。
所以设计的关键就是如何将亚临界状态的核材料进行“快速装配”，使其超过临界状态
。“快速装配”的方法主要有两种：
最简单可靠的是“枪法”核弹。以铀为反应材料，钚并不适合。
顾名思义就是将一部分铀材料像子弹一样射入另一块铀材料中，使其超过临界质量而起
爆。
特点是技术条件简单，但是核材料利用率低，污染严重。例如广岛的“小男孩”，核装
药64公斤，而利用率只从有1.2%，剩下的材料都被炸飞了。美国对这种设计的可靠性很
放心，没做试验就实战了。
另一种方法是“内爆法”核弹。可以用铀或者钚作为原料。
这种方法是在球形核材料外布上一圈炸药同时引爆，爆轰波对核材料进行挤压，从而极
大地缩减核材料的体积，从而超过临界质量。
这种方法对爆炸的技术要求很高，爆轰波必须同时作用于核材料上，误差超过1微秒都
将失败。对于爆炸材料的装配和设计提出了严格的要求。而如何充分利用爆炸的能量将
核材料尽可能的压缩，提高其威力则是需要不断的试验来积累经验才能完成的。
根据美国的文献资料，内爆法原子弹的临界质量，以实心球计算的话，需要至少50公斤
铀或者16公斤钚。如果用空心球的话，则可进一步减少需求。现代核武器只需要3公斤
的钚就可以。
美国早年在橡树岭建立的气体扩散工厂
最后是制造环节
原子弹的主要材料是U235或者Pu239，虽然设计U弹比Pu弹的难度要小一些。但是提取U
的难度却比Pu要大得多。
U235是天然存在的，占天然U的0.7%左右。从天然U元素中提取U235。利用U235和U238原
子核重量的不同，可以用电磁分离法、离心法、气体扩散法、喷嘴分离法和激光分离法
几种。其中激光分离法效率最高而且耗资少，但是技术含量也最高。而气体扩散法应用
比较广（例如印度），但是能耗高投资大。美国的橡树岭扩散工厂投资20亿，是激光分
离工艺耗资的一倍还多，能耗则更是激光法的10倍。而且占地面积巨大，建设周期长，
所以美国后来主要使用激光分离法提取U235。技术条件较差的国家（例如伊朗和朝鲜）
则通常选择离心法，这对供电问题提出了巨大的挑战，通常需要专门建设配套电厂。
Pu239只能从反应堆中产生，但要进入生产也不太容易。首先需要建造反应堆，生产完
成后把反应堆关停，并从中萃取Pu239盐溶液。然后将Pu盐还原成金属状态。
可以看出，制造U235必须大规模工业化生产，而Pu239则可以在实验室条件下完成，也
可以在核电站中偷偷的完成（例如日本）。
美国投掷在长崎的“胖子”原子弹和B-29轰炸机
所以，对于今天的日本而言，制造原子弹并非什么难事。其核材料受到美国的监管，目
前大概有40千克左右的武器级钚。而武器级铀则需要寻找铀矿再建设工厂，然后才能进
行提纯，费时费力。因而最有可能实现的技术路线是内爆法钚弹。以日本的炸药工业引
爆一颗低技术等级的原子弹还是绰绰有余。乐观的话，日本只需要数月就可以达到核试
验的程度。
然而日本最大的问题是短期内缺乏投射能力。这涉及到核武器小型化的问题。大块头的
核炸弹只有轰炸机才能运载，这对于航空能力薄弱的日本而言是以年为单位计算的难题
。所以只能考虑核导弹，然而如何设计一个体积小威力大的原子弹则需要进行核试验来
收集相关数据。所以日本即使短期内拥有了核武器，不做几次正经的核试验，是不可能
拥有实战能力的。 | o****d
发帖数: 5454 | 2 日本的火箭技术那么牛逼，投射有什么问题?
【在 y*z 的大作中提到】
: 日本在福岛核电事故处理不力，遮遮掩掩，其中有什么玄机？
: 凤凰军事 防务短评 铭锋
: 亚洲的国家都很有志气，但凡没有安全感的，为了自身国家的安全和政权稳定都或多或
: 少的有过自己的核武器计划。但是相对欧美国家，落后的工业基础和科研环境是他们的
: 巨大软肋。再加上核大国对核武器技术核材料上的封锁，除了中国突出重围，独自获得
: 巨大成功之外，其他国家即使获得了某些“外援”也依旧停留在原子弹的技术层面上。
: 那么原子弹到底有多简单，或者有多难？据说日本只要摆脱束缚，一个月就能拥有核武
: 器的说法，是可能的吗？这一切的答案，都要从原子弹本身的设计和制造难度说起。
: 中子在铀块中的运动
: 首先要解决原理问题
| o**********e
发帖数: 18403 | 3 日本其实是on parole.
一个parolee遮遮掩掩，
还有什么好事？ | y*z
发帖数: 3244 | 4 谁能复制中国的氢弹神话？
http://news.ifeng.com/a/20160122/47178762_0.shtml
凤凰军事 防务短评 铭锋
联合国的五大常任理事国地位的确立，除了作为二战的主要出力国、战胜国的老本钱外
，就是都拥有可进行实战的氢弹这一大杀器作为后盾。能在危急关头依靠给对手造成重
大而深远的劫难来保障自己的利益。这是现阶段任何常规武器都无法达成的威慑效果。
从原子弹到氢弹，作为先驱者的美国用了7年零3个月；苏联被认为有间谍嫌疑，速度是
4年零3个月；英国用了4年零7个月；法国遇到了不少障碍，英国人帮他们少走了点弯路
，耗费了8年6个月；中国从原子弹到氢弹的过程仅用了2年零8个月。如果从氢弹原理试
验成功算起，则还要再提前半年。而美国要按照中国的第一颗实战化氢弹做标准才算的
话，就还要再延长1年4个月。
如此之快的速度和当时国际社会对中国贫穷落后的印象出入极大，以至于后来的国际原
子能交流时还有外国专家问钱三强这是为什么。然而只收获了“理论准备得早”和“材
料准备得早”这两句模糊的回答。
现在已突破原子弹的后发国家中，印度已经半只脚踏入氢弹的门槛，朝鲜则声称已掌握
氢弹技术。他们现在的科技水平或许和70年前的中国差不太多，而信息来源则更加广泛
，他们真的能掌握氢弹吗？中国的氢弹神话能否再度出现？
氢弹爆炸原理示意图
网上关于氢弹的讨论有很多。从已公开的原理而言，大家都知道是用原子弹来使氘化锂
6达到高温高压的状态产生聚变反应。在上一期的原子弹原理中提到过，原子弹的关键
是如何有效压缩裂变材料以达成临界条件。而氢弹的关键，也在于如何利用原子弹的能
量来有效的压缩和加热聚变材料，而不是在聚变反应发生前将其轰散。
从现今已出版的各种资料猜测，氢弹的T-U构型关键在于利用原子弹产生的X射线加热聚
变材料外围放置的泡沫塑料，使其迅速成为高温高压的等离子体来对聚变材料进行加热
和压缩。使聚变材料达到足够的温度和密度而燃烧。也就是所谓的两级结构。中国的“
于敏构型”也属于这个范畴，只是在细节设计上（据猜测是能量传递方式）有所不同。
美国首次氢弹试验Mike
在五常核军备竞赛的上世纪5、60年代，这个两级模型的独立提出是非常艰难的。由其
是苏联和法国。
美国“氢弹之父”泰勒在遇到数学家乌拉姆之前也没搞清楚能量到底该怎么传递。为了
验证2级结构，美国人引爆了一个装满液态氘氚的“大冰柜”Mike，它高60米，重达62
吨，试验当量1100万吨，然而没有任何实战价值。美国可实战的空投氢弹试验要等到“
红翼”行动，威力380万吨。时间在Mike试验的3年之后。
苏联核武负责人马雷舍沃沉醉于“夹层饼”构型的氢助爆原子弹的40万吨威力（1953年
8月）而自认为这就是氢弹了。在萨哈罗夫提出两级构型后还要求他按“夹层饼”这条
路走下去。幸好萨哈罗夫阳奉阴违，直到1955年11月，采用两级构型的真正氢弹试验成
功（1600万吨），苏联才算真正掌握氢弹。而此时距离苏联第一颗原子弹爆炸已是5年
11个月了。
英国也出现过在助爆结构和两级结构之间的纠结，甚至提出过“汤姆/迪克/哈利”这样
的三级结构设想。同时也对美苏的核试验尘埃进行了收集分析，确定了在两级之间有屏
蔽层的设计思路。在比较了流体和辐射的能量传递差别以后，选择了辐射传导和压缩的
方式进行了氢弹原理试验。
法国初期并未追求大威力核弹，直到中国爆炸了第一颗原子弹才着急起来。然而也在助
爆原子弹上花了太长的时间。直到中国突破氢弹之时还未完成。戴高乐总统很不开心，
把研究负责人招去批了一通。在最后的关头法国人还纠结于提出的3种构型方案该先试
验哪一个。幸好最后有英国人告诉他们选“最简单”的那个，帮法国人加快了几个月的
研发进程。1968年8月24日，法国在太平洋Fangataufa岛成功地进行了第一次热核武器
试验，重约3吨，当量260万吨。
中国的“原子弹之父”邓稼先（右二）和“氢弹之父”于敏（右一）
相对而言，中国的没有那么多条件来进行大量的核试验，因而在理论研究上做足了工夫
。再加上于敏解决了一系列的热传导难题，并选择了正确的技术路径。在仅做了一次收
集数据用的加强原子弹试验（25万吨）之后就直接进行了氢弹原理试验（30万吨）并取
得成功。半年后就完成了实战化的氢炸弹试验：重1吨的空投氢弹，威力330万吨。从这
次试验的氢弹威力/重量之比可以看出，中国氢弹的设计水平起点很高。
根据何祚庥院士的回忆，于敏有了以辐射作为压缩聚变材料为主方式的构型想法是在
1964年之前，是这意味着中国已经一只脚踏入了氢弹的大门。此时距氢弹原理试验成功
还有2年。这两年期间发生了生么，遇到了什么问题，又是如何解决的，都不再公开。
美国MX洲际导弹上的W87弹头，可见其原理和结构的复杂程度
对于印度等后发国家而言，可以在各国公开的核武器技术细节的基础上进行研究。然而
有人帮忙走这半步也未必是什么好事情，这半步到底是怎么得来的，产生这个结论的过
程中有哪些必须掌握的前提技术？在不进行踏踏实实的理论研究重新计算是无法得知的
。而各大国在氢弹之前都做过威力达数十万吨的氢加强原子弹试验，以收集轻核反应的
特征数据。在全面禁止核试验成为国际共识的今天，贸然进行这种大威力核试验是否会
招致强大的国际政治压力和经济制裁？重压之下耗费巨大的核工业和科研体系能否再正
常运行都是通往氢弹之路的门槛。
自己做实验成本高，五常也都签署了条约不再进行大气层内的核试验。像英国那样通过
收集美苏试验残留来分析的道路也被彻底封死了。而五常向物理学界公布的数据则有可
能是不靠谱的。周光召曾经推翻过苏联人给的原子弹数据，于敏也曾算出美国公开的氚
-氚反应截面数据不对。可以说现在的国际环境对于想独立突破氢弹的国家而言，几乎
是釜底抽薪。
无论如何，踏踏实实的理论研究是必不可少的先决条件，而通过轻核聚变试验收集基础
数据也是必要的。最后说个传说的笑话，一位参与氢弹研发的老前辈曾想写点关于氢弹
的科普文章。然而快写完的时候，于敏让他晚点发表。因为当时印度的氢弹还差临门一
脚，正好卡在瓶颈上。中国当年突破这个瓶颈用了两三年，印度大概用个五六年应该就
差不多了。别因为这篇科普文给了他们启发。然而老前辈从江时代等到习时代，最后告
诫别人：印度人太不可信……
看来，氢弹的大门，总归不是那么好突破的。 |
|
|
|
|
|
|
