制造原子弹其实原理很简单,至少在原子弹中的核物理已经是非常明了,早已不是现在物理学中研究的重要项目。大家应该都看过一些关于制作原子弹的文章。总之来说,原子弹并没有想象中的那么难。
原子弹的工作原理就是核裂变的链式反应,释放能量公式为质能方程:
E=mc^2(m为质量亏损、c为光速常量)
核原料与当量的关系:1kg铀235=1800t TNT
n=mNA/mA
=1000*6.02*10^23/235
=2.562*10^24个——1kg 铀235原子数量
因E=mc^2
E总=3*10^(-11)*2.562*10^24
=7.66*10^13J (3*10^(-11)为每个原子裂变的能量)
又TNT热能为4.1910^6J/kg
相除得倍数18281622.9kg
第一,你要有原料。在基于地球环境的条件下,只有三种物质可以维持链式反应——铀235、钚239、铀233。那么,通常制作的原子弹的材料是铀235和钚239。纯度要求非常高。,大概在90%以上。朝鲜就是卡在了铀235的提炼上,因为在自然界中,铀矿大把大把的存在,而真正能用于原子弹的铀235,只有0.7%,这是因为铀238的半衰期为44亿年,而铀235的半衰期为7亿年,在地球的演变中,铀235在多次衰变下所剩无几。钚239的半衰期为只有2.4万年,所以完全是人造的,但钚239相比提炼铀235其简单的制作工艺所以朝鲜造出的原子弹是钚弹。当年曼哈顿计划大部分的力量都集中在了铀235的提炼上,更可笑的是,最后广岛核弹的爆炸能量还不如提炼铀235所需要的能量。不过现在的离心方式已经非常成熟,只要有渠道,是可以搞到原料的。另外,核电站的铀棒纯度并不高,理论上就是天然铀也可以造出核反应堆。至于为什么,是因为核反应堆内用的是慢中子,铀235对慢中子的反应截面比对快中子大几个量级,所以较容易俘获中子。(原料的提炼什么的怕水表,而且我知道的并不多,就不写了)
原子弹分为两种,枪式和内爆式。枪式较为简易,但是体积较大。内爆式对炸药的计算要求异常高,精确度不能超过百万分之一秒。否则无法成功引起链式反应。
枪式原子弹,就是把原料分为两块半球体,放入金属容器中并填入高爆炸药。起爆时,先引爆炸药,产生压力,推动核原料迅速聚拢,进入临界状态并维持链式反应,产生核爆炸。(如图)
内爆法因为对于个人来说不太实际,所以不予讨论。但是在军事上,内爆法被广泛采用。(可见图)
(图片可供参考,事实上这些图片应该是有些问题的)
下面是临界质量,由于中子在任何物质中的平均自由程都较大,所以,所需的核原料也必须足够的大,需要有一个临界质量,才能维持链式反应。对于铀238的几何形状,不管怎么说,也要在10cm左右。但在爆炸开始时,核材料会膨胀,密度降低,俘获中子的能力降低。所以原子弹也有个效率的问题。听说广岛的“小男孩”,效率只有1%。所以,高能炸药的给予的能量必须足够大,使他们突然拼在一起,并可以维持一段时间。目前已知的裸临界质量 铀235为52kg,钚239为10kg,不过家加了中子反射层后是多少就不知道了。。有一部电影用的钚239只有鸡蛋大小hhh
主要制作原理就是这样,对于怎样的结构设计,这个就要大家自己的想法了。
个人认为,原子弹最困难和危险的地方就是自身的防护和提炼的时候。
希望此文章可以给大家一些启发和灵感!谢谢!!
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