首頁 > 俗語

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

作者:由 科學時光牆 發表于 俗語日期:2021-07-14

核是怎麼製造出來的

這篇文章我們來談談原子彈和氫彈的製造原理!

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

我們知道原子彈是根據原子的裂變來釋放能量,而氫彈是根據原子的聚變來釋放能量,那這兩個到底有什麼區別呢?

在高中我們就知道,原子是由原子核和電子組成,而原子核所含的質子數越多,就說明這個原子的排序越靠後,它的質量就越重。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

那麼它就可以把它的這個重原子核分裂成多個小的氫原子核,從而形成多個新的元素。

比如還有92個質子的鈾,它就可以分裂成36個質子的氪和56個質子的鋇。這個就是核裂變,也就是把一個大的分裂成多個小的。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

而核聚變呢,只是把幾個質子數少的氫原子核,融合到一起,形成一個重原子核,也就是把幾個小的融合成一個大的,這個就是核裂變與核聚變的區別。

那麼單單只是原子核的分裂與融合,為什麼就可以釋放出如此驚人的能量?看到這個公式,大家可能就會知道答案。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

E等於mc²,這個就是愛因斯坦提出的質能關係式,這個關係式告訴我們,質量和能量是可以相互轉化的。只要物質具有質量,它就可以轉化為巨大的能量。

那麼根據質能關係式,我們就可以知道,1克重的物質可以轉化為90萬億焦耳的能量,這個是什麼概念?

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

1公斤TNT炸藥可釋放大約420萬焦耳能量,那麼這個一克物質所釋放的能量就相當於兩萬多噸TNT炸藥的當量。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

而這只是1克物質完全釋放的能量,所以可想物質本身的能量是多麼的巨大,若是我們可以找到釋放這個能量的機制,那我們就可以利用這個機制來使用如此巨大的能量。

而核裂變和核聚變正是釋放這個能耐的機制,在核裂變和核聚變時,由於原子核會重新分裂和融合形成新的原子,而在這個過程中就會發生質能轉換。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

質能轉換就是把原子內的一部分質量,轉化為能量釋放出去,那麼轉化的質量越多,釋放的能量就越大。

就像前面說的,若是把一克物質全部轉化為能量,那麼它就可釋放90萬億焦耳的能量,當然,現在我們的科技還無法完成如此比率的轉換。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

目前核裂變的質能轉化率大概為0。13%,也就是它可把物質0。13%的質量轉化為能量,顯然,即便核裂變已經釋放了如此驚人的能量,但它也只是釋放了物質0。13%的能量。

現在我們人類可實現的最高質能轉化,則是核聚變,它的質能轉化率已經達到了0。7%。這也是為什麼氫彈比原子彈威力大的原因。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

因為核聚變的質能轉化高於核裂變,那這個核裂變和核聚變要怎樣才能實現呢?

在1932年,當科學家查德威克發現中子後,潘多拉的魔盒就在開啟,因為中子不帶電,所以它不會受到原子核正電,以及電子負電的影響,所以科學家立即意識到這是轟擊原子核的理想武器。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

1938年,德國的科學家哈恩和斯拉特斯曼,利用中子轟擊U235原子時發現,利用中子轟擊U235會讓U235的原子核發生分裂,從而形成多個較輕的新原子。

這個就是人類第一次意識到用中子轟擊原子核,會讓原子核發生裂變反應。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

那麼在核裂變發現之後,有的科學家則意識到,如果在中子轟擊U235發生裂變反應時,它產生的次級中子進而繼續轟擊其他的U235,那麼這就可產生連鎖反應,這就可以把原子核那驚人的能量釋放出來。

於是,製造原子彈的想法便被提了出來,可是若想製造原子彈,那必須要將鏈式反映的最低條件找到,因為原子的內部非常的空曠,想讓中子準確的撞擊原子核是非常困難的。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

所以增加原子的數量就可增大中子的撞擊機率,那麼這就存在一個臨界質量。

當U235的質量達到臨界質量時,鏈式反應則會發生,當U235的質量小於臨界質量時,那麼鏈式反應則會失敗,那麼原子彈也就無法爆炸。

而據聽說,希特勒當時之所以沒有製造出原子彈,就是因為海森堡把鏈式反應的臨界質量給計算錯了,他當時計算的臨界質量是認為,只有質量達到了幾噸重,才能讓U235發生鏈式反應。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

但實際有多少呢?實際的臨界質量只有幾十公斤重,所以當知曉了臨界質量,那麼就可以根據這個臨界值來製造原子彈。

美國向日本投入的小男孩兒原子彈,是利用槍式結構來達到鈾的臨界質量,槍式結構是將首先分開放置的U235,利用炸藥把他們擠壓到一起,從而達到臨界質量,啟動鏈式反應。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

而胖子原子彈則是利用內爆法,內爆法則是將炸藥把核燃料層層包裹,利用爆炸擠壓核燃料,使它的密度增大,利用增大密度來增加中子的裝擊機率,從而達到啟動鏈式反應的條件。

三分鐘瞭解一下原子彈製造原理

好了,那這個就是關於核彈的一些理論基礎,大家沒事也可以自己試試。