三分钟了解原子弹和氢弹的制造原理

这篇文章我们来谈谈原子弹和氢弹的制造原理！

我们知道原子弹是根据原子的裂变来释放能量，而氢弹是根据原子的聚变来释放能量，那这两个到底有什么区别呢？

在高中我们就知道，原子是由原子核和电子组成，而原子核所含的质子数越多，就说明这个原子的排序越靠后，它的质量就越重。

那么它就可以把它的这个重原子核分裂成多个小的氢原子核，从而形成多个新的元素。

比如还有 92 个质子的铀，它就可以分裂成 36 个质子的氪和 56 个质子的钡。这个就是核裂变，也就是把一个大的分裂成多个小的。

而核聚变呢，只是把几个质子数少的氢原子核，融合到一起，形成一个重原子核，也就是把几个小的融合成一个大的，这个就是核裂变与核聚变的区别。

那么单单只是原子核的分裂与融合，为什么就可以释放出如此惊人的能量？看到这个公式，大家可能就会知道答案。

E 等于 mc2，这个就是爱因斯坦提出的质能关系式，这个关系式告诉我们，质量和能量是可以相互转化的。只要物质具有质量，它就可以转化为巨大的能量。

那么根据质能关系式，我们就可以知道，1 克重的物质可以转化为 90 万亿焦耳的能量，这个是什么概念？

1 公斤 TNT 炸药可释放大约 420 万焦耳能量，那么这个一克物质所释放的能量就相当于两万多吨 TNT 炸药的当量。

而这只是 1 克物质完全释放的能量，所以可想物质本身的能量是多么的巨大，若是我们可以找到释放这个能量的机制，那我们就可以利用这个机制来使用如此巨大的能量。

而核裂变和核聚变正是释放这个能耐的机制，在核裂变和核聚变时，由于原子核会重新分裂和融合形成新的原子，而在这个过程中就会发生质能转换。

质能转换就是把原子内的一部分质量，转化为能量释放出去，那么转化的质量越多，释放的能量就越大。

就像前面说的，若是把一克物质全部转化为能量，那么它就可释放 90 万亿焦耳的能量，现在我们的科技还无法完成如此比率的转换。

目前核裂变的质能转化率大概为 0.13%，也就是它可把物质 0.13%的质量转化为能量，显然，即便核裂变已经释放了如此惊人的能量，但它也只是释放了物质 0.13%的能量。

现在我们人类可实现的最高质能转化，则是核聚变，它的质能转化率已经达到了 0.7%。这也是为什么氢弹比原子弹威力大的原因。

因为核聚变的质能转化高于核裂变，那这个核裂变和核聚变要怎样才能实现呢？

在 1932 年，当科学家查德威克发现中子后，潘多拉的魔盒就在打开，因为中子不带电，所以它不会受到原子核正电，以及电子负电的影响，所以科学家立即意识到这是轰击原子核的理想武器。

1938 年，德国的科学家哈恩和斯拉特斯曼，利用中子轰击 U235 原子时发现，利用中子轰击 U235 会让 U235 的原子核发生分裂，从而形成多个较轻的新原子。

这个就是人类第一次意识到用中子轰击原子核，会让原子核发生裂变反应。

那么在核裂变发现之后，有的科学家则意识到，如果在中子轰击 U235 发生裂变反应时，它产生的次级中子进而继续轰击其他的 U235，那么这就可产生连锁反应，这就可以把原子核那惊人的能量释放出来。

制造原子弹的想法便被提了出来，可是若想制造原子弹，那必须要将链式反映的最低条件找到，因为原子的内部非常的空旷，想让中子准确的撞击原子核是非常困难的。

所以增加原子的数量就可增大中子的撞击几率，那么这就存在一个临界质量。

当 U235 的质量达到临界质量时，链式反应则会发生，当 U235 的质量小于临界质量时，那么链式反应则会失败，那么原子弹也就无法爆炸。

而据听说，希特勒当时之所以没有制造出原子弹，就是因为海森堡把链式反应的临界质量给计算错了，他当时计算的临界质量是认为，只有质量达到了几吨重，才能让 U235 发生链式反应。

但实际有多少呢？实际的临界质量只有几十公斤重，所以当知晓了临界质量，那么就可以根据这个临界值来制造原子弹。

美国向日本投入的小男孩儿原子弹，是利用枪式结构来达到铀的临界质量，枪式结构是将首先分开放置的 U235，利用炸药把他们挤压到一起，从而达到临界质量，启动链式反应。

而胖子原子弹则是利用内爆法，内爆法则是将炸药把核燃料层层包裹，利用爆炸挤压核燃料，使它的密度增大，利用增大密度来增加中子的装击几率，从而达到启动链式反应的条件。

好了，那这个就是关于核弹的一些理论基础，大家没事也可以自己试试。