核弹结构和原理探讨

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 04:34:38
先发个图片,美国的B41 MK15先发个图片,美国的B41 MK15
上面的是航空炸弹,下面这个是分导弹头
上面两种核弹都是所谓的“三相弹”,也就是有个“裂变-聚变-裂变”的过程,具体结构如下。
爆炸过程大概如下图
这种核弹可以弄到很大的当量,比如美国的B41 MK42是2500万吨的当量,没错,2500万吨!
单纯的裂变弹怕是没有了,通常裂变弹用作聚变弹的“雷管”,原理从大的方面是简单的。那就是用高爆炸药对钚球进行向心压缩,引发链式反应。
这是钚球的照片,在自身放射性作用下发光
用来压缩钚球的炸药组件
像个蛋糕
钚有很强的自燃性
难得一见的东西,钚环,纯度99.96%,重5.3公斤,足以制造核弹。
W48,155口径核炮弹
W80,核弹其实并不大,看起来还蛮可爱的
w85核弹头
B61航弹
“小男孩”的结构

1-Box tail fins
2-Steel gun breech assembly
3-Detonator
4-Cordite (conventional) explosives
5-Uranium-235 "projectile", six rings (26 kg) in a thin can of steel
6-Baro sensing ports and manifold
7-Bomb casing wall
8-Arming and fusing equipment
9-Gun barrel, steel, around 10 cm diameter, 200 cm length
10-Arming wires
11-Tamper assembly, steel
12-Uranium-235 "target", two rings (38 kg)
13-Tamper/reflector assembly, tungsten carbide
14-Neutron initiator
15-Archie fuzing radar antennas
16-Recess for the boron safety plug (not shown) to be ejected into
“枪式”引爆的核弹都很瘦长,现在已经无人使用,也许恐怖分子还在用,最简单的方式嘛。
这种东西还是不要爆炸的好。
有一副图像西特勒抱了个核蛋:D
三种核弹的工作原理

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时间:2006年10月10日 字体:大 中 小
  三种核弹的异同

  简单的说,它们的相同之处就在于其破坏威力都来源于某些物质的原子核核能的释放。本世纪初科学家发现原子核中蕴藏着巨大的能量,人们将这种核能释放,并首先用于军事目的,结果促成了核武器的出现;三种核弹的不同之处在于核能释放的方式不同和破坏杀伤的形式不同。核能的释放出现在原子核发生转变的过程中,而这种转变可分为重核裂变和氢核聚变两种方式。

  一般将核裂变武器称为第一代核武器,实际上就是原子弹;将核聚变武器称为第二代核武器,实际上就是氢弹;将以调整和控制核爆炸能为特点的新一代核武器称为第三代核武器,主要包括增强某一破坏因素的核武器,如中子弹、冲击波弹、感生辐射弹、光辐射弹、电磁脉冲弹以及核定向能武器等。作为增强的辐射武器,中子弹是目前世界上唯一已实现生产和部署的一种第三代核武器。

  原子弹

  原子弹是利用原子核裂变反应释放出大量能量的原理制成的一种核武器,核装药一般为钚-239、铀-235。这些物质的原子核在热中子轰击下,分裂为两个或若干个裂片和若干个中子,同时释放出巨大的能量。新产生的中子又去轰击其它原子核,如此连续发展下去,核分裂的数量就会急剧增加,形成链式反应,仅在百分之几秒内就会出现猛烈爆炸,并放出非常大的能量。1公斤铀释放出的能量相当于2万吨梯恩梯炸药爆炸时释放出的能量。

  原子弹装药分为两块,每块都小于临界质量,因此平时不会发生核反应。当引爆装置点燃普通炸药时,将两块装药推挤到一起,整体质量便大于临界质量,在中子的轰击下,产生原子核裂变链式反应,随即出现核爆炸。目前原子弹的威力可达到几万吨到几百万吨梯恩梯当量。

  氢弹

  氢弹是利用轻原子核聚合成较重原子核过程中释放出大量能量的原理制成的核武器。这种核聚变反应要在数千万度高温和超高压条件下才能进行,单位质量所释放出来的能量一般为核裂变反应的4倍以上,能产生更大的破坏作用,通常又称这种聚变反应为热核反应。原子核越轻,所带电荷越少,产生聚变反应所需的能量也越低。因此,一般都用氢的同位素氘、氚和氘化锂等物质作为核装药,故将这种核武器称为氢弹。

  热核反应就是氘和氚的原子核在超高温和超高压的情况下彼此结合成为氦原子核并释放出巨大的能量的过程。为什么用氘化锂也可以进行热核反应呢?这是因为中子打在锂上就会产生氚,同时氘化锂中的氘和氘发生反应也可产生氚和中子。

  氢弹的结构比原子弹复杂得多,它要装一个小型原子弹做引爆装置。小原子弹引爆后释放出中子流并形成超高温、超高压环境,中子流与热核材料作用使氘和氚原子核结合成氦原子核,并释放出巨大能量和新的中子,继而又产生新的聚变反应,如此连续发展下去,直至产生热核爆炸。由于热核材料不受临界质量限制,氢弹可以制成比原子弹威力大得多的核武器。现代氢弹威力可以做到几万吨、几百万吨和几千万吨梯恩梯当量。

  中子弹

  中子弹也是一种利用核材料聚变反应放出巨大能量的原理制成的核武器,因此又被称为特殊的氢弹。由于它是利用轻核聚变时产生的大量高能中子进行杀伤破坏的一种小型核武器,故又被称为以高能中子辐射为主要杀伤力的小型氢弹。

  在中子弹中,引爆用的原子弹更小,只有几百吨梯恩梯当量。这种原子弹是用钚-239制成的,因其比铀装药能释放更多的中子,可使中子弹小型化。中子弹主要核装药是氘和氚的混合物,而不是氘化锂。因为氘和氚聚变反应所放出的中子比裂变反应所放出的中子多得多,而锂可以吸收大部分中子。

  中子弹的外壳一般不用铀-238制作,而是采用铍和铍合金做成,这样高能中子可以自由逸出,同时使放射性污染的范围比较小。中子弹的当量较小,一般威力为1千吨梯恩梯当量,要求引爆用的原子弹更小,使其制造难度增大。中子弹的爆炸能由聚变反应产生,并主要以快中子流的形式向四周释放。它的核辐射效应特别大,因此其正确名称应是增强的辐射武器。

  凡是核武器都具有核辐射、冲击波、光辐射、放射性污染和电磁脉冲等杀伤力,但对三种核弹来说,这五种因素各自体现的比例都是不同的。同时在不同的爆炸方式下,各种杀伤破坏因素在释放的总能量中所占的比例也不完全相同。大体来说,原子弹爆炸时,冲击波和光辐射占能量的85%,其它3种因素占15%;氢弹爆炸时,冲击波和光辐射占能量的65%,其它3种因素占35%;中子弹爆炸时,核辐射和电磁脉冲占能量的70%以上,其它3种因素占30%以下。

  由此可见,氢弹和中子弹虽然都属核聚变武器,但它们的杀伤形式是不同的。氢弹是以冲击波和光辐射为主来杀伤生命和破坏设施的,而中子弹是以中子辐射为主来杀伤生命的,电磁脉冲是随着中子辐射而出现的占能量较小部分的强脉冲信号。1千吨梯恩梯当量的中子弹,在距地面90米的低空爆炸时,其冲击波、光辐射和放射性污染的毁坏作用只限在爆心投影点周围180米的范围之内,而快中子流以及中子流贯穿辐射与周围介质原子互相作用产生的电磁脉冲的杀伤半径却可达800米的距离。

  中子的贯穿作用很强,它可以穿透坦克、掩体和砖墙去杀伤人员,而武器和建设物却能完好的保存下来。由于中子弹放射性污染比较低,因而被称为“清洁的”核弹。此外,中子流作用的时间很短,在中子弹袭击之后,军队能很快进入目标区作战。这些特点,决定了中子弹可作为战术核武器使用。

  核武器主要是作为核战斗部装在战略导弹上,用以摧毁战略目标。在近程夜战、空战和防空中有的导弹也装有核战斗部,用以摧毁地面大面积战术目标,对付飞机群和拦截携核弹的轰炸机等。中子弹不仅可以作为核战斗部装在导弹上使用,而且能够制成炮弹由榴弹炮发射出去投入战斗。(国家原子能机构网特约撰稿/尹怀勤)
坚定地走中国特色自主创新之路-贺贤土
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时间:2005年6月6日11:5      

――在中国科学院学部“走中国特色自主创新之路”
座谈会上的发言
贺贤土
中国工程物理研究院
(2005年6月3日)

    20世纪是人类创新活动最活跃和最富有成果的一百年。相对论、量子力学等科学发现以及应用于生产实践产生的技术创新,大大地促进了社会生产力的发展和人类社会的进步。进入21世纪的今天,科学和技术已越来越成为引领先进生产力发展的主导力量,而自主创新能力已成为一个国家科技实力的核心,受到各国高度重视。

    中央几代领导都强调自主创新的重要性。最近,胡锦涛总书记强调要坚持把推动自主创新摆在全部科技工作的突出位置,在实践中走出一条具有中国特色的科技创新路子。温家宝总理也指出:自主创新是支撑一个国家崛起的筋骨,必须把增强自主创新能力作为国家战略。中央的这些指示为我国今后的科技发展进一步指明了方向。

    中国科学院学部成立50年来,随着国家科学技术的发展而不断壮大。从1955年的首批200多位学部委员发展到今天先后有1000多位同志进入院士队伍,其中300多位已经去世。广大院士们在发展我国科学技术事业中作为学科带头人,自主创新的核心力量,与广大科技工作者一起,为我国国民经济的发展和国防力量的增强作出了重大贡献。

    下面仅就我1962年大学毕业后参加核武器理论研究与设计过程中的经历和所了解的情况,谈一点体会。

    中国发展核武器完全迫于当时的形势。1958年核武器研究所成立后,陆续从全国多个部门调来了一批科学家和技术专家,同时分配来了一大批大学毕业生。当时大家只知道原子弹、氢弹名词,而对其中的作用原理、物理规律完全陌生,一切都得从头摸索。当时,核武器理论研究室主任邓稼先和后来来所的理论物理学家彭桓武等科学家带着刚刚毕业的大学生们边干边学,摸索前进,攻克了一个又一个难题。1957年10月中苏曾签订了《国防新技术协定》,前苏联曾派专家来华简单地介绍了原子弹的概念,可是很快1959年6月就单方面撕毁协定,我国没有得到过任何有关原子弹设计的关键数据和设计资料,而且苏联专家在介绍中提到的一个重要数据还误导了我们后来的原子弹总体设计,导致了从1960年4月开始的一次又一次的反复的九次计算。直到1961年中,当时理论室第一副主任周光召用理想条件下炸药爆炸最大功的计算证明了苏联专家提供的数据是错误的,才摆脱了当时的困惑,从而全面铺开了原子弹总体物理设计工作。再经过一系列工程技术研究与创新,我国于1964年10月16日成功地爆炸了第一颗原子弹。美国人在收集到爆炸后的尘云并测试分析后不得不承认中国用了先进的内爆型设计技术。1960年苏联专家撤走时,有专家曾断言:我们走后中国人在20年内搞不成原子弹。可是就在这样断言的短短四年后,中国人通过自力更生、自主创新研制成功了自己的原子弹,为了永远记住前苏联1959年6月的毁约这一事件,第一颗原子弹代号就叫“596”,又称“争气弹”。

    如果说研制原子弹前还有苏联专家的简单介绍,可是在突破氢弹过程中,就根本找不到一点儿可供启发的资料。我们只能靠自己的力量和集体的智慧突破氢弹。理论部充分发扬学术民主,大家完全沉浸在思考、热烈讨论和争论之中,晚上12点后办公大楼仍然灯火辉煌。最后彭桓武集思广益、凝聚大家的想法,建议兵分三路,分头进行突破氢弹原理的攻坚战。1965年下半年于敏领导一个小组去上海计算,找到了热核点火和自持燃烧的关键,抓住了氢弹的“牛鼻子“。于1966年12月氢弹原理试验成功,接着1967年又进行了大当量试验,我们抢在法国人之前突破了氢弹。从第一颗原子弹试验到突破氢弹原理,我们仅用了两年零两个月的时间,在核武器国家突破氢弹的历史上中国人的速度是最快的。

    突破了原子弹和氢弹之后,我们就集中力量进行型号研究,为装备部队而努力。70年代后期,我们又投入部分力量进行中子弹的探索。中子弹是一种特殊型的氢弹,需要进行新的原理探索。研究人员分解研究了中子弹作用过程中大量的物理因素,终于抓住了主要矛盾,然后进行集成与总体研究设计。 1984年经热试验证明,突破了中子弹原理,我国完全依靠自力更生、自主创新掌握了中子弹技术。

    为了保持核武器的生存能力,九十年代中又完成了核武器小型化任务。1996年我国签订了禁止地下核试验条约。为了确保禁核试条件下库存核武器的安全、可靠和有效,需要对核武器的科学问题作更深入细致的了解,为此我们又开展了实验室条件下的核爆模拟研究。

    我深深感到“热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于登攀”的“两弹一星”精神是自主创新发展国防和民用高技术的宝贵的精神财富。

    核武器是一个大的系统工程,涉及到科学、技术、工程、试验等一系列研究。核武器事业的发展增强了我国的国防力量,也造就出了一批优秀科技人才。到目前为止,仅在中国工程物理研究院方面,先后有24位中国科学院院士(学部委员)曾参加或长期从事核武器研究、设计和生产,其中有9位获“两弹一星功勋奖章”。另有14位同志当选为中国工程院院士。这些两院院士自力更生、自主创新为研究、设计和生产核武器作出了重要贡献,由于工作需要,目前有些院士已转入到基础研究和国家重要高科技的研究工作中去。

    50多年来,特别是改革开放以来,虽然我国在经济建设方面取得了很大进步,但是我们的科技综合实力仍然排在很多国家的后面,很多关键技术受制于人。在当今开放的环境下,学习借鉴国外的先进科技成果是我国加速科技进步的重要途径,但是国家的科技进步必须牢牢建立在自主创新基础上,实践表明核心的高新技术,特别是国防高科技,是无法从国外买到的,只有通过自力更生、自主创新才能建立自己的强大的科技基础。目前正在制订的国家中长期科技发展规划,核心就是要求通过自主创新进一步增强我国科技实力,为实现2020年我国建成全面小康社会的目标而努力。

    中国科学院学部和全体院士肩负着推动和促进国家科技创新体系建设、带动全国科技界攀登世界科技高峰,为全面建设小康社会提供坚实的科技支撑的重任。我们全体院士将一如既往,响应中央走中国式自主创新道路的号召,积极投身于自主创新建设,充分发挥国家科学思想库的作用,为实现中华民族的崛起做出新的贡献,同时也为中国科学院学部的建设和发展做出自己的努力。