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制造核武器难度有多大?

图注:全世界第一个“原子弹”核武器。

其实大家对核武器的制造尤其是原子弹的制造,一直都有一个误区;

那就是偏面的认为:制造原子弹的理论=工程化原子弹,认为制造原子弹的理论简单,所以原子弹的工程化就很简单……这是非常、非常错误的,就像激光陀螺仪一样,原理无非就是一个“环形激光器”,可是全世界有几个能造出来的呢?都清楚电商可以挣钱,可是又有几个成为“马云”呢?这是不能一概而论的!

原子弹也是如此,很多人认为原子弹不过就是让“核装药”产生链式反应就可以了,而原子弹属于纯裂变核武器,属于第一代核武器的设计,这种核武器使用的“核装药”为铀235或钚239,通过爆炸手段将其挤压在一起,使其达到产生链式反应的临界质量,根据挤压和装药的方式,这种方法又可以分为两种;

一一种是“抢式方案”,在这种方案中,一部分核裂变物资在常规炸药的作用下射向另一部分核裂变物质,就像子弹打靶一样,从而使裂变物质达到临界质量,典型的设计有MK-1“小男孩”,MK-2“瘦子”。

还有一种是“内爆式方案”,在这种方案中用常规高爆炸药包裹着核裂变物质,可以是铀235也可以是钚239或者是两者的混合物,当炸药爆炸时,向内挤压核裂变物质从而使核裂变物质达到临界质量,典型的设计有MK3A“胖子”及MK-5等。

内爆式核武器可以使用铀-235或者钚-238作为核装药,而枪核武器只能使用铀-235来作为核装药,这是由于钚的同位素钚240(核装药所采用的钚239中因纯度的关系,会有一部分的钚240掺杂,按美国的标准一般控制在16%以下)会污染核装药,并造成提前起爆,使得其余大量尚未进行裂变的材料被炸开,从而降低核武器的效率。图注:金属二氧化钚材料。

而这两种方案其实都有困难,一个是“核装药提纯”,天然界中的铀235含量仅占铀3种同位素的0.7%,而按照国际原子能机构的定义,只有浓度超过90%的铀235才能算作是武器级“高浓缩铀”,而国际上通用的铀浓缩方法只有离心法和气体扩散法可行。

而“离心法”就是采用大量的离心机一级、一级的高速旋转将铀235从其他同位素中分离出去。

而“气体扩散法”就是通过铀235比铀238原子少轻1.3%的原理,通过隔膜筛选手段将铀235原子分离出来。

而采用这两种方法首先要将铀材料制备成气体,而唯一合适的气体材料就是“六氟化铀”,而要将铀材料制备成“六氟化铀”还通过一番非常繁琐的手段。

并且这两种方法都有缺点;

“离心法”提纯铀235速度极慢。(一次才能提高百分之零点几,造一颗原子弹需要对高浓缩铀需要上百万台离心机经过上千级的分离)图注:分离法需要数量庞大的“离心机”

“气体扩散法”提纯铀235耗电量又极大,并不是一般小国可以承受的起的。(根据美国的统计,为曼哈顿计划提供浓缩铀的气体扩散法工厂1942-1945年,3年间的耗电量就相当于纽约的总耗电量,而整个曼哈顿计划的耗电量占美国当时美国总发电量的1/3)图注:气体扩散铀浓缩工厂耗电量极大。

而“钚239”材料的提取,就需要将进球铀材料放进反应堆里去“照射”产生的同位素经过化学方法分离出钚-239,这种化学分离方法虽然比物理分离铀235容易些,但是必须在两种非常困难的条件下进行;

1,极少量的(几克)的钚,也必须从几吨重的铀燃料棒中分离。

2,钚的毒性极大,防护困难。

这种情况下,说“个人”能造出原子弹,那脑袋要多大啊?

而相对原子弹核装药的提取,原子弹的制造可能是相对比较简单的了,但无论是“枪式”还是“内爆式”原子弹,都需要经过大量的运算、建模,精确的计算出原子弹临界质量的各项压力数值,并完美的工程“复制”出来,工程化制造根本不是大家所想的那么“简单”。

美国“曼哈顿”计划当时集中了全世界最优秀的一大批科学家,有10万人参与共历时3年,花了20亿美元(1942年币值)才造出原子弹,而今天大家就认为随便一个小国,甚至一个“个人”就能造出原子弹!这可能吗?连最基本的科学发展规律都不要了……🙄🙄🙄
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