－文字稿－
哪個男孩不想親自造一顆原子彈？
－文字稿－
哪個男孩不想親自造一顆原子彈？
今天，我們已經知道原子彈的基本原理是核裂變。
這是鈾元素，確切的說是鈾-235，它的原子核有 143 箇中子和 92 個質子。
當一箇中子快速轟擊鈾-235 的原子核時，會分裂出另外兩個元素——鋇和氪，並釋放 2-3 箇中子，以及約 200 兆電子伏的能量。
當一箇中子快速轟擊鈾-235 的原子核時，會分裂出另外兩個元素——鋇和氪，並釋放 2-3 箇中子，以及約 200 兆電子伏的能量。
更刺激的是，放出來的中子可以繼續轟擊其他鈾-235，引發不斷的核裂變，稱為鏈式反應。
當一箇中子快速轟擊鈾-235 的原子核時，會分裂出另外兩個元素——鋇和氪，並釋放 2-3 箇中子，以及約 200 兆電子伏的能量。
更刺激的是，放出來的中子可以繼續轟擊其他鈾-235，引發不斷的核裂變，稱為鏈式反應。
這個反應的威力有多大呢？
一克完全裂變的鈾-235 ，就相當於近 20 噸 TNT 炸藥，足以炸倒半徑 120 米內的建築物。
不過，要想引發鏈式反應並不簡單。
首先，鈾材料中通常含有雜質，比如鈾-238 ，它和鈾-235 有同樣的質子數，但多了 3 箇中子，屬於同位素。但鈾-238 只會散射或俘獲中子，不容易裂變，無法繼續下一輪反應。
所以要想造原子彈，鈾-235 的純度必須在 90% 以上。
所以要想造原子彈，鈾-235 的純度必須在 90% 以上。
其次，鈾的原子核直徑只佔整個原子的兩萬六千分之一，周圍都是空隙，核裂變放出的中子很容易錯過其他原子核，直接飛到外面。
所以鈾材料最好是球形，因為同等體積下，球形的表面積最小，洩漏的中子也最少。
鈾材料的純度、形狀、密度等因素決定了臨界質量，指的是鈾材料剛好能維持鏈式反應的最低質量，需要非常複雜的計算。
根據美國的核武器研究基地——洛斯阿拉莫斯實驗室這份 1969 年的解密文件，93.8% 純度的球形鈾-235 ，密度為 18.75g/cm³ 時，臨界質量約為 52kg 。
有了這些理論知識，就可以開造了。
這兩張解密圖紙，是 1945 年，美國在日本投放的兩顆原子彈：小男孩和胖子，分別代表了兩種典型的原子彈結構。
其中，小男孩屬於槍式，內部主要有這些部件，像一個槍膛。
啟動時，尾部的電子雷管將引爆炸藥包，膨脹的氣體會推動一塊空心的圓柱形鈾塊，嵌到頭部的另一個圓柱形鈾塊，兩塊合體就能超過臨界質量。
與此同時，空心鈾塊也將撞到實心鈾塊周圍由釙、鈹金屬製成的彈丸球，這些彈丸球能釋放大量中子，引發核裂變。
此外，鈾塊周圍被厚厚的碳化鎢包裹著，可以把洩露出來的中子再反射回鈾塊，加速鏈式反應，引發核爆炸。
然而，槍式結構有個缺陷，1945 年 8 月 6 日在廣島爆炸的“小男孩”裝有 64kg 的鈾-235，但 TNT 當量只有 1.5 萬噸，利用率僅 1.2% 。
這是因為初始的反應能量會讓大部分核材料迅速膨脹，密度下降，無法達到臨界狀態，還沒反應完就被炸飛了。
而內爆式的“胖子”採用了層層包裹的結構，從外往裡炸。
啟動時，電子雷管會同時引爆金屬板下一共 32 個炸藥包，衝擊波將往裡擠壓一層球狀推體，由容易變形的鋁製成，最終不斷擠壓到中心的核材料——鈈-239，一種比鈾-235 更容易裂變的物質。
因為擠壓，這塊鈈-239 的密度會迅速增大，達到臨界狀態。而裡面包著的一顆釙、鈹彈丸球就會放出中子，引發核裂變。外面還有一層鈾-238 用於反射中子，加速鏈式反應，引發核爆。
內爆式結構可以讓核材料更充分地反應。在“小男孩”爆炸後第三天，“胖子”就被扔到了長崎，只用了 6.1kg 的鈈-239，TNT 當量就有 2.2 萬噸，利用率提高到了 17% 。
內爆式原子彈雖然效果出眾，但有一個技術難點，就是這套球面波起爆器。
先看外圍的這層炸藥包，這是雷管的位置，記為 O 點。當雷管點燃炸藥，炸藥的衝擊波必然會先到達距離 O 最近的 C 點，而距離最遠的 A、B 點則會最晚到達。
這樣就無法均勻地壓縮裡面的核材料，難以充分裂變。
所以，炸藥包必須使用爆炸速度高和爆炸速度低的兩種炸藥按一定比例調配。讓 OC 相比 OA、OB 含有更多的低爆速炸藥，炸得慢一點。這樣一來，就能使 O 點發出的衝擊波同時到達球面，均勻地壓縮內部結構。
當然，原子彈的技術難點遠不止這些，為此，我們準備了一份大禮包，包含了用於生產鈾-235、鈈-239 的方法和機械圖紙，以及原子彈內部的電子雷管、氣壓感應開關等資料，你可以在我們的微信公眾號回覆“原子彈”，獲取這些文件。
不過，製造原子彈最難的其實是獲取核材料。
天然的鈾礦非常稀有，而且礦石中 99% 都是鈾-238 ，鈾-235 僅佔 0.7% 。
湖南是中國的鈾礦重鎮。1964 年，中國在羅布泊成功爆炸的第一顆原子彈，其中的鈾，一大部分就來自郴州的 711 礦和衡陽的 712 礦。
這個光榮傳統也讓不少民間人士學會了土法煉鈾。2007 年，4 位湖南籍的礦工和農民，共煉製了 8 公斤純度高達 56% 的鈾產品，一路偷運到廣州販賣，最終在交易時被警方抓獲。
來源：回形針PaperClip
編輯：椒鹽貓巨煩
近期熱門文章Top10
↓ 點擊標題即可查看 ↓
1. 物理定律告訴你，愛情的真相有多麼殘酷！
2. 玉皇大帝到底住在平流層還是對流層？
3. 玻璃球裡的花紋是怎麼弄進去的？看完童年之謎終於解開了
4. 不要模仿！把兩顆葡萄一起放進微波爐 ，能燒得你家都沒了
5. 仰望星空100年
6. 不知道這些，別說你看懂了《流浪地球》
7. 如何批量製造鑽石
8. 楊-米爾斯理論說了啥？為什麼說這是楊振寧超越他諾獎的貢獻？
9. 怎麼避免上廁所沒有紙？看完這篇文章你就懂了
10. 牛頓棺材板壓不住時，請祭出此物防身！