原子彈業餘愛好者完全手冊(正宗山寨版)

一、基礎知識

鈾235原子在自然狀態下會發生核裂變, 分裂成兩個輕的元素原子，釋放出2-3個中子，同時一小部分質量按E=mCC轉變為能量。當裂變出的兩個中子，再擊中另外兩個鈾235原子時，同樣的裂變發生，如此2、4、8、16、....下去，連鎖反應如此進行下去，跟那個在國際象棋格里放米的故事一樣，到64代時，就是超天文數字了。

為保證連鎖反應的發生，大部分裂變出的中子都要擊中一個未裂變的鈾235原子為保證這個概率，就有個臨界質量問題：只有當鈾235的質量大於該臨界質量時,核裂變反應才能發生。網上大部分山寨手冊都沒有給出這個關鍵參數，鈾235自然狀態下的臨界質量約50千克。

二、搞笑版的不足

網上很多原子彈山寨方案，其實是搞笑版，如果把兩塊半圓的鈾塊用TNT炸藥擠到一塊兒就是原子彈，那北韓的小金也不用那麼煩心了：核爆實驗變成了核熱燒烤。

關鍵問題1：兩塊鈾合到一塊兒時，當核裂變反應還不到完全反應的百分之一時，巨大的熱量已經將系統燒得四分五裂，核爆不徹底，變成了「核臟彈」。所以一定要讓核反應在高壓、強約束的環境下發生，直到最後一代核裂變完成，超聚集的能量衝破約束，猛烈爆炸。

問題2：兩大塊鈾並不能在一次TNT爆炸中緊密結合在一起，所以核裂變反應不能在一瞬間一氣和成，更助長了問題1的麻煩。

問題3：以一半臨截質量存在的鈾，雖然不能引起核裂變，但中子撞到其它鈾原子的概率還是很大，自身的衰退會加劇，過不了兩年，那核彈就過期了。

問題4：這麼簡單的結構，鈾在自然狀態發生核反應，一顆核彈，要50千克鈾235，太浪費了。

三、原子彈正宗山寨版總體結構

1、最外層是厚厚的鋼殼，它應該能承受內部幾十公斤的TNT炸藥的衝擊力而無損。

2、第二層是鉛保護層，鉛吸收鈾的放射線，保護原子彈操作人員。

3、第三層是TNT炸藥層，它是原子彈的起爆「引信」。

4、最核心的是幾十到上百個鈾球層，鑲嵌在一個具有中子反射功能的核反應空腔壁上。中子反射鏡的功能是使核反應時，遊歷出去的中子被反射回鈾材料中，增加其撞擊鈾原子的概率，如此一來，鈾核反應的臨界質量大大降低，大約20千克即可。核反應腔外的空間用石墨填充，以吸收彈體內的閑散中子，減弱存儲期間鈾的自然衰變。

四、起爆過程

當第三層的TNT炸藥被引爆后，無處可去的鈾球被擠入中心的核反應空腔，在炸藥的高溫、高壓、和動能的作用下，鈾球估計已融化，緊密地結合在一起，達到臨界質量，在原子彈殼體爆裂之前的萬分之一秒（瞎說的，但一定很快，可能更快），實現完全、高效的核裂變反應，瞬間猛烈爆炸。

關鍵技術1：同步起爆問題，上百個鈾球，要以在萬分之一秒，會聚於中心核反應腔體，越同步，核爆炸的效率越高。據說，當年美國指責中國偷他們的核武技術，就是指這項技術。

關鍵技術2：核爆當量，廣島的是1.5萬噸TNT當量。剛開始，人們多以當量越大越好。但從軍事應用價值看，小當量的好，而且小當量意味著核武器的設計原理和工藝精度更高，目前小型核彈只有百噸TNT當量，可由普通戰機和大炮發射。

結束語：僅以此文表達對昨天去世的中國科技泰斗錢學森的敬意。海外憤青那時，受老一輩科學家事迹的鼓舞，年輕學子們立志攀登科學高峰的決心，非當今可比，我所讀高中（鄭州一高）的高考狀元報考中科大核物理專業，呵呵。

(圖片選自倍可親網友"人間的盒子"的回帖)


原創：海外憤青，倍可親，2009，11，1