原子彈——壓縮的才是精華

軍情 07-30

請注意：是「壓縮」，不是「濃縮」。我們一般聽到的濃縮鈾、濃縮鈈，是指材料中裂變元素鈾235、鈈239的比例很高。壓縮，就是另一碼事了。

這將解釋很多人的一種疑問：如果原子彈被子彈炮彈打中，會不會發生核爆炸？原子彈「安全」嗎？

昨天我們已經從動畫中看到，如果核材料不多，中子很容易飛出去，無法引起足夠的鏈式反應。如果把這堆核材料壓得更密實呢？

原子彈——壓縮的才是精華

熙熙攘攘、核潮洶湧，中子就很容易撞撞撞撞撞撞撞裂一大堆原子核。

因此核材料的密度，也是影響其臨界質量的重要因素。通過數學推理可以知道：核材料的密度提高一倍，中子撞上原子核的概率能提高一倍；球體的半徑減小一半，也能保證中子有同樣的撞擊概率；球體半徑小一半，體積縮小到八分之一，密度增加一倍，合計起來，臨界質量變成原來的四分之一。

原子彈——壓縮的才是精華

因此形成裂變反應的最佳辦法，並不是弄那麼一大堆鈾235，而是把一小堆鈾使勁壓縮。俗話說：濃縮的才是精華，壓縮的也是精華啊。

什麼辦法可以快速壓縮這個鈾球呢？高能炸藥爆炸後的衝擊波。這就是「內爆式原子彈」的基本原理。

但要把本來不發生核爆炸的一小塊鈾235、鈈239，壓成可以核爆炸的小球，並不容易。

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注意看上面被雷管引爆的炸藥，有很重要的兩點。

第一，炸藥是分成很多塊包在核材料外，而且有很多引信保證它們同時引爆。

第二，最最重要：每塊炸藥內部有兩種顏色，代表它裡面有兩種炸藥，爆速分別有高低（爆速，就是爆炸波傳播的速度）。

最外面的高爆速炸藥，是個碗型。它被雷管引爆後，爆炸波以球面往內傳，內層低爆速炸藥的中心就先被引爆。然後逐漸往外，等邊緣的低爆速炸藥也被引爆時，爆炸面已經變成一塊球面弧形。幾十塊拼起來，就是個球形的爆炸面，繼續向內傳，到達核材料的外表面。這樣，才能保證核材料按照一個精準的球形壓縮。

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中心有一個中子發生器，也叫中子點火器。在槍式原子彈上一般也有這東西，能猛地放出很多中子，讓裂變的鏈式反應開個好頭。它的一種典型結構是這樣的：從內往外，由釙球、金屬箔片、鈹塊、金屬外殼組成。釙球能產生很多阿爾法粒子，但被箔片限制住了。受到爆炸壓縮，箔片破裂後，阿爾法粒子撞擊鈹，產生很多中子。

原子彈——壓縮的才是精華

核材料被壓縮到一個高密度後，臨界質量降到本身質量大小，這時中子發生器也被「壓破」，放出內部的中子，形成核爆炸。

所以內爆式原子彈的設計製造很講究，一定要對炸藥的爆炸力學、核物理的計算很精確，炸藥、核材料、外殼等各部分的製造工藝都要求很高。

原子彈——壓縮的才是精華

內爆式原子彈的引爆自然也非常嚴格，周圍幾十個雷管必須同時精確引爆。那種一槍打到炸藥上引爆原子彈的事情，一般只能造成「臟彈」效果。

如果炸藥爆炸不精確同步，比如一側炸藥先炸，那還有可能在產生正常的鏈式反應前，把核材料「吹」撒向另一側。原子彈就變成了只有常規爆炸、放射性污染的「臟彈」。

而且必須是球形壓縮，否則核材料的鏈式反應將進行得不好，降低爆炸效率。那些炸藥塊採用兩種爆速的炸藥，就是為了這問題。看下圖：如果只是簡單的一種炸藥，中間部分會先引爆、先壓縮，爆炸波就不會同時傳到核材料表面。壓出的不是完美球形，就會嚴重影響核材料的裂變反應、原子彈的爆炸效率。

原子彈——壓縮的才是精華

1945年8月9日美國投到長崎的原子彈，代號「胖子」，就是一顆內爆式鈈彈。和簡單的槍式原子彈相比，內爆式原子彈的效率高多了，爆炸當量能做比較小。它是如今原子彈的主力。

還有一種簡單辦法降低臨界質量，是在核材料外包裹一層可以反射中子的材料。鈹、鈾238就比較合適。鈾238不僅能反射中子，而且因為密度大，還能減緩核材料在爆炸過程中的膨脹，讓鏈式反應維持較長時間，提高原子彈的爆炸威力。因此在原子彈中，經常有一個外包的鈾238層。

常溫常壓下，鈾235穿個238馬甲後，臨界質量能降到15千克，不到原來的三分之一，鈈239能降低到10~11千克。因此中子反射層，是原子彈上很常見的一項結構。

10多千克的高濃度核材料，也不少了。因此在原子彈上，鈾、鈈等核材料的「濃縮」提煉是關鍵一步，高能炸藥、精確引爆的「壓縮」，也是非常關鍵的一步。

原子彈——壓縮的才是精華

而且這個壓縮的同步，要求非常高。引爆電路，雷管里火藥燃燒的速度，雷管安裝點的精度，各炸藥塊的安裝精度，裡面高低爆速炸藥的分層結構，炸藥的內在質量，核材料的表面精度、內在密度，都會影響最後的壓縮過程。稍微偏差一點，毫秒、微秒級別，就不是精確的球面壓縮了，嚴重降低核爆炸效率。

看完這個，你應該能明白：內爆式原子彈從某種意義上來說，是很安全的。甭說掉地上了、挨炮彈了，就是你自己搞一套引爆裝置，也未必能正確引爆它，形成核爆炸。內爆式原子彈被意外撞擊、中彈的最壞結果，是某一處炸藥被引爆，然後其它炸藥也被引爆，但核材料沒法被「引爆」，只會被普通炸藥的衝擊波吹散，變成「臟彈」。

但從危害上來說，「臟彈」遠大於普通炸彈。其實甭管原子彈、炸彈、子彈，即便是美國所謂的「附帶損傷小」的炸彈，壓根沒炸藥的炸彈，對人類社會來說都很不安全，甚至附帶損傷更多、更不人道。

核材料、炸藥，本是人類征服自然的智慧結晶。安不安全，其實在於引爆它們的人心。

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