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是不是现在可以在计算机上模拟核试验,就不用原子弹试爆了

核武器是人类研制的最精密武器系统。

虽然最原始的原子弹采用核裂变元素,只要超过临界体积就可以完成链式反应。但是因为真正可以使用的核武器,远远没有这么简单。

       

     

核武器威力巨大,必须极端可靠,只有扔到敌人的头上,解除保险才会爆炸,在自己家里无论如何都不允许爆炸。

现代核武器的安全系数极高,从飞机上掉到地上也不会爆炸,用火烧、炸药炸都不能起爆。在有核国家中,只有5个常任理事国具有核武器的可靠投送能力。而这种投送能力体现在储存安全、事故安全、以及正常起爆等各个方面。

1968年美国一架载有4颗氢弹的轰炸机在丹麦坠毁,氢弹掉到地上,只是引起了弹体破裂造成了核污染。

       

     

中国1964年试爆了第1颗原子弹,1967年第1颗实用的氢弹用强5空投成功。到1996年7月29日,中国进行最后1次地下核试验,随后中国政府宣布暂停核试验。

我国一共进行了45次核试验,远少于美国的1054次和前苏联的715次。

1996年之后,我国没有进行过地下核试验。这说明中国已经有能力在计算机上模拟核试验并且进行改良设计,但是这并不意味着不需要进行实物试验。

       

     

从物理学的角度,核爆炸的过程是一个流体力学的过程。流体力学是一个半经验和半理论的科学,即使用计算机模拟也要结合实物模型,所以仍然需要进行实际测试。

但是,这种实际测试往往是用低当量装药,或者是常规炸药来模拟核爆炸的过程,来检验核武器的设计以及安全可靠性。

通常情况下,这些爆炸的装药量都很少,从几十公斤到几吨都有。5大常任理事国应该都在做这样的实验。

       

     

这些实验往往是秘而不宣的,所以也不知道哪个国家做了多少次,而且也没有办法监测。

用于监测地下核试验的是广布于全球的地震监测网络,因为地下核试验引发的地震波是在地表传播的,而不是在地层深处,就是用这种方法来区分地震和核爆炸。

但是当量太小的情况下,会被各种意外事故的杂波所掩盖。比如说一栋楼房倒塌,一个陨石撞在地上,一个汽车从桥上掉到桥下,甚至一个人跳楼摔在地上,都会引起地震波的传播。

       

     

除了用常规炸药模拟核爆炸以外,还有一种检验核武器,并且改良设计的方法是必不可少的。这就是激光核聚变试验。

美国的激光核聚变实验被称为国家点火装置,中国的被称为神光装置。

通常是把一个装有核聚变材料的小玻璃球放在靶室中间,用上百束激光照射这个玻璃球,形成高温高压来点燃核聚变材料,一次释放的当量大概相当于一公斤TNT爆炸。

       

     

每一次激光核聚变试验,都是真正意义上的小当量氢弹爆炸。

以上两种试验形成的数据,经过超级计算机处理以后,就可以在计算机上进行仿真的核武器爆炸实验。

5个常任理事国都具备这样的能力,所以很长一段时间里面,这5个常任理事国都没有进行过可被监测到的核试验。

中国和美国是世界上超算最多的国家,超算的水平是在交替领先过程中。目前中国超算排名第一的是神威太湖之光,峰值运算速度是12.5亿亿次。按照核武器设计的通常观点,速度超过10,000亿次的计算机就可以模拟核爆炸。

       

     

所以,从目前全球超算的运算速度来看,5个核大国用计算机模拟核爆炸在理论上是完全没问题的。

但是,用小规模爆炸采集的数据,放大到大规模的核爆炸,比如说用5公斤的爆炸来模拟50万吨级别的爆炸,要经过一个雷诺数的转换。这个转换的过程中会出现失真的情况。实验值和设计值相差越大,失真的情况越严重。

这是人类物理学中的一个理论性的问题,是没有办法通过提高计算机的运算速度来弥补的。

       

     

这个问题出现在所有的流体力学实验中,如飞机在进行风洞实验的时候,得到的数据只能够在大概的情况下模拟飞机在空中飞行的真实状况。

风洞越大,实验模型的尺寸就越大,准确性就越高。大型的风洞不仅设计和建造非常复杂,而且所耗用的电量也很多。所以只有中、美、俄有大规模的风洞群。

绝大部分真实的飞机尺寸都很大,全尺寸的飞机模型不可能塞进风洞里面。因此,飞机进行过风洞实验以后,仍然要在天上试飞过很久,然后才能够进行装备。

       

     

所以,不进行核弹的实爆试验,仅通过小当量的实验加超算模拟的方法来设计核武器,是有问题的。因为5大国都有默契,谁也不首先进行实弹试验,所以这个问题就一直拖在这里。

前一段时间,美国就一直叫嚣要重新进行全当量核试验。但是美国也没有真正的这么做,因为美国一旦这么做,其他几个国家就会跟上来。

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