原子彈

嬴武

原子彈(atomic bomb)

By巫莫夫

在開始介紹各種核子武器之前，我們先來回顧一下核武的歷史：
核武的研製工作最早是由納粹德國開始的，但是由於希特勒對猶太科學家的迫害使得大批的猶太科學家移居美國，其中最有名的就是愛因斯坦，他們帶了有關核武的資訊和資料到美國，並得以在這個國家裡進行自己的研究工作，美國的核武研製進程開始突飛猛進，在1941年12月6日，也就是珍珠港事件的前一天，美國成立了一個龐大的工程機構-曼哈坦工程管理區，目的是要設計並製造一顆原子彈，1942年12月2日在義大利物理學家費米的主持下，建立了世界上第一座原子反應堆，經過前後五年多的時間，共耗資了二十多億美元終於在1945年春天製成了三顆原子彈；同一年的7月16日，美國在新墨西哥州的沙漠裡成功地進行了世界上第一顆原子彈試爆，這代表著人類開始進入“核子時代”，此後蘇聯、英國、法國、中國也分別於1949年8月、1952年10月、1960年2月及1964年10月試爆了各自的第一顆原子彈，印度也在1974年5月試爆了第一個核裝置，隨著第二次世界大戰的局勢變化，美國於1945年8月6日和8月9日將代號為“小男孩”和“胖子”的兩顆原子彈分別投在日本的廣島和長崎兩個城市，這也是歷史上在戰爭中僅有的兩次使用核子武器，原子彈的使用不僅給日本人民帶來了巨大的災難，而且也在世界上所有的人心中留下了揮之不去的陰影，在中華人民共和國成立之後，1964年10月中共也成功地研製出原子彈。

原子彈是利用裂變鏈式反應釋放出來的巨大能量而製成的起殺傷破壞作用的核武，，核武的威力就是指核爆時釋放出的能量，它的單位以多少噸TNT炸藥的能量來表示，而這個單位則稱為該核彈的當量(Yield)，TNT(Trinitrotoluene)即是三硝基甲苯，它是黃色的結晶體，是一種烈性炸藥，一噸的TNT爆炸時所產生的能量約為一千億焦耳(Joules)，原子彈就跟核子反應爐一樣，是利用重核裂變鏈式反應中釋放出巨大能量，只不過在反應爐內，能量的釋放是緩慢和受控制的，而原子彈則是瞬間和不受控制的，原子彈爆炸時，在小於百萬分之一秒的時間之內，會釋放出巨大的能量，使得爆炸中心的溫度立即上升到上千萬度，壓力上升到幾十億大氣壓，把一切物質化為氣體，形成一團火球，從而產生衝擊波、光熱輻射、貫穿輻射、放射性污染和電磁脈衝等殺傷因素，早期原子彈的爆炸威力相當於兩萬噸TNT炸藥的爆炸力，之後所發展的原子彈最大可達到約五十萬噸TNT當量，所使用的原料是高濃度的鈾-235(它的同位素純度達到93.5%以上)或鈽-239。
如何控制這種鏈式反應呢？任何一種軍事武器，都必須能夠準確地加以控制，否則就有傷到自己人的危險，原子彈也是如此，鈾-233、鈾-235、鈽-239這些裂變性物質並不是在任何情況下都能引爆的，只有當它們的體積或質量超過一定的臨界值之後才會爆炸，在有良好反射層(如天然或貧化的金屬鈾)的情況下，鈾-233、鈾-235和鈽-239球體的臨界質量大約分別為6、16和5-8公斤，通過對臨界體積或臨界質量的控制，可以控制原子彈的引爆。

根據原子彈引爆方式的不同，可分為槍式原子彈和內爆式原子彈：
槍型原子彈：它是利用一種炮筒裝置，將兩塊小於臨界質量的裂變物質迅速合攏以達到超臨界而發生爆炸，在這種炮筒裝置中，一塊裂變物質(小於臨界質量)固定於炮筒裝置的一端，位於另一端的另一塊裂變物質(也小於臨界質量)借助於裂性炸藥的爆炸射向那塊固定的裂變物質而發生核爆炸。在裂變物質的外面有中子反射層。為了延遲裂變物質的飛散以提高原子彈的效率，要把原子彈裝在堅固的外殼內。槍型原子彈的結構簡單，較易製造，但它有兩個缺點：(1)核原料的利用率低，這是因為每塊裂變物質不能做得太大，最大不能超過鈾-235(或鈽-239)的臨界質量，因此，當兩塊合攏時，只能比臨界質量多出一倍左右，換句話說，它不能有較高的爆炸效率(2)很難利用鈽-239作核原料，因為鈽-239中不可避免地會含有一些鈽-240，它自發裂變的機率特別大。

內爆型原子彈：它的原理是利用普通的烈性炸藥製成一個球形裝置，將小於臨界質量的核原料(鈾-235或鈽-239)製成一個小球體，置於炸藥球中，通過電雷管同步點火使炸藥球的各點同時引爆，產生向心聚焦的壓縮波(又稱內爆波)，將次臨界質量的鈾-235(或鈽-239)小球瞬間猛烈壓緊，增加其密度，使其超臨界，實現自持鏈式反應而導致核爆，內爆型結構優於槍型結構的地方是，由於壓縮波效應所需時間遠較槍型結構合攏的時間為短，因而過早點火的機率大為縮小，由於內爆式效率高，所以現在的原子彈大多都採用內爆式。

原子彈主要原料的生產
原子彈的原料可以使用鈾-235，也可以使用鈽-239，但生產鈾-235要比鈽-239困難得多，天然採掘的鈾-235和鈾-238的比例為1比140，只有1兆電子伏(MeV)以上能量的中子才能使鈾-238裂變，而且許多中子被其他的過程減慢，因此，僅用238U鏈式反應不可能在核武中持續下去，同樣地因為天然鈾僅含少量的鈾-235，所以必須提高鈾-235的比例，才能製造核子武器，原子彈所用鈾-235需用人工方式使鈾-235在鈾礦中富集起來，製成各種濃度的濃縮鈾，並加以利用，如鈾-235濃度在90%以上的高濃鈾是製作原子彈的主要原料，生產濃縮鈾的技術相當複雜，工廠規模也非常龐大，生產成本很高，各國有關濃縮鈾的生產和技術問題均極為保密，到目前為止，國外的工業規模生產濃縮鈾都採用氣體擴散法，離心法正在向工業生產過渡，有的國家已確定採用這種方法，鈽-239是核子反應爐的副產物，幾乎不必付出額外代價即可生產，核武的試驗結果亦表明，鈽-239性能比鈾-235好，除早期核子裝置外，鈽-239是製造現代裂變核子武器的主要物質，但是，鈽-239的放射性強，毒性很高，這給武器製造者增加了許多困難，他們不得不在手套箱內進行武器製造。


自從人類製造出第一枚原子彈之後，至今也改良了不少，第一枚原子彈只有相當於二萬噸黃色炸藥的威力，目前已經能製造出由數千噸至數十萬噸之炸彈，而研究發展計劃仍不斷地進行，目標是如何使原子彈體積變小，威力變大，由於使用中子反射器及人工中子發源器，現在已可製造極小體積的核分裂爆炸物。

李鴻章

好驚人的威力啊~:o

『學者』

聽說原子筆都是因為發明原子筆時因為原子彈的威力而取名的~!:o