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主题:【资料整理】核潜艇的动力 -- 黄河故人

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家园 看来要再详细一点解释

临界质量和发热没有必然性的关联,发热指的是核材料自身的衰变而发热,这个不受质量或者其他因素的影响。

核裂变弹引爆时确实一定要中子源的。超过临界质量也就是说核材料处于不稳定状态,但是不等于会凭空产生中子。放射性材料(重核)自身的衰变不会产生中子,产生的三种粒子分别是:α粒子(就是氦原子核),β粒子(就是电子),γ射线(就是高能光子)。所以即使核材料超过了临界质量,这种自发的衰变还是不会引起这种雪崩式的核爆炸。

现在一般产生中子的方法有三种:

1:同位素。有两种分类:一种是利用碰撞或者照射,从轻核中打出中子来(这个轻核一般是Be9)。例如说(α,n)反应,是用α粒子轰击而产生中子、(γ,n)反应是用γ粒子照射、另一种是利用不稳定的同位素的自发分裂(这个是分裂,而不是衰变),这类同位素基本上都不是自然界拥有的,一般都是在核反应堆中给撞出来的,所以一般而言半衰期也不长。

2:高速粒子源,这个其实利用的还是上面提到过的(α,n)反应,不过这次α不是由同位素衰变产生,而是由氦气电离后在电场中加速形成。由于这是人工控制的,所以也有其他的撞击反应可供选择,例如说:H2 + H3 = He4 + n等。

3:核反应堆。

那么具体到核武器的起爆的中子源,第三种中子源就可以忽略不计了,那么前两种而言,因为我没见过小型化的粒子加速器能有多小,所以我个人认为可能还是以同位素中子源比较合理。但是由于第二种方法的撞击是由人工控制的,所以是可以通过开关来控制中子源是否产生中子,而第一种方法则不可能做到这点。所以从这种角度来考虑,似乎又是第二种比较有利。至于实际上用的是什么,就不知道了。

至于你说的:

大部分核装料没参加反应前就因发热而爆裂,因而降到临界质量以下

一方面,因为核材料的衰变发热量不会太大,而且在未起爆之前,是分立的小块,所以这个发热应该不会有这么明显的效果。

另一方面,核弹中的超临界状态的获得,其实是用普通炸药在外层的向心爆炸,从而挤压核材料而试它们在瞬间达到超临界状态(我的理解是,在这个过程中,中子源是一直在照射的)。而链式的核裂变反应速度相当的快,以前我看到的资料说单级的核裂变时间当时还是无法测量出来(不知道现在最新科技可不可以了),即使是整块和材料,完全反应时间也相当的短,所以可以肯定还是会有足够的核材料发生裂变的。

而真正没参加反应的核材料,则是因为在开始裂变后产生的高温和急速的膨胀,导致这些核材料飞散,丧失了超临界状态。所以所有的核武器都有一个核材料“利用率”(抱歉,不知道专业名词叫什么)的问题,说的就是这个参加核反应和总核装料之间的比例。这个比例不会太大,单相弹记得好像在1x%左右,多相弹会高一些。

总之,这个核弹起爆确实比你想象中的要难不少。

举例说:我前面已经说过了,临界质量和核材料的形状等等有关。所以在起爆时,外层的常规炸药必须要把中间的核材料在起爆瞬间挤压成一个特定的外形,才可以成功产生核爆炸。而这其中涉及不同炸点之间的冲击波干涉的问题,就绝对不是一件简单的事情。

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