核結合能—


  原子核由許多質子與中子組成,靠強核力將它們拉在一起。可是,原子核的總質量小於各個質子與中子的質量總合,兩著之間的差距,正好用來度量原子核的結合能。依據愛因斯坦相對論導出的E=MC2的公式,可算出核結合能的大小,等於質量差距乘上光速的平方。核子武器毀滅性爆炸力,就是這個能量釋放出來的結果。



 
 
 連鎖反應—


原子核分裂釋放出中子,這些釋放中子會去撞擊另一個原子核,導致後者進行分裂並再釋放出中子,於是形成連鎖反應。連鎖反應若剛好持續下去,就稱為臨界連鎖反應,此時的質量稱為臨界質量。



  
  核子武器的分類—


核分裂武器—原子彈
 
 
   原子彈利用核子分裂質量消失產生能量,是第一次出現的世人面前的核子武器,二次世界大戰美國於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。



 
   


  美國當事為確保成功發展原子彈,採取不同途徑同時進行,因此這兩個原子彈使用不同的原料,廣島使用鈾235,長崎使用鈽239為原料,其臨界質量鈾235約20-25公斤,鈽239為7-8公斤。



    鈾與鈽元素有許多同位素,同位素同屬於某一化學元素,其原子具有相同數目的電子,原子核也具有相同數目的質子,但卻有不同數目的中子,例如氕、氘和氚,它們原子核中都有1個質子,但是它們的原子核中分別有0個中子,1個中子及2個中子,所以它們互為同位素,有些同位素具有放射性。


  天然鈾礦中包括了鈾-235和鈾-238,鈾-234三種成分,其中鈾-235經中子撞擊後會有連鎖反應,因此作為原子彈的原料,但自然界中大多數同位素都是穩定同位素,並呈混合物狀態出現在元素中。按照同位素質量進行分離的主要方法有電磁法(在大型質譜儀中)和熱機械法(氣體擴散過程中)。
  
   鈽239在自然界中的蘊藏量很少,衹能用中子轟擊鈾238而得到鈽239。大量生產鈽239需要高密度中子源轟擊鈾238,而中子源由核反應堆中的連鎖反應提供。二戰中美國建立了多處核反應堆生產鈽239。  


根據原子彈引爆方式的不同,可分為槍式(gnu barrel)原子彈和內爆式(implosion)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核子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,一塊核子物質(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核子物質(也小於臨界質量)借助於裂性炸藥的爆炸射向那塊固定的核子物質而發生核爆炸。


  為了延遲核子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,這是因為每塊核子物質不能做得太大,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,實現連鎖反應而導致核爆,內爆型結構優於槍型結構,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。


核融合武器—氫彈


  氫彈是運用原子彈爆炸產生超高的溫度,促使氫元素引發熱融合反應而產生大量的能量。


美國於1952年11月1日進行第一次氫彈試爆,但它是利用重氫和氚在原子彈爆發的超高溫下融合,生產氦原子核的超大型濕式氫彈。蘇聯則在1953年8月12日首次試爆氫彈成功,蘇聯試爆氫彈是用重氫化鋰為反應材料的乾式氫彈,較接近實用性。而美國直到1954年3月1日才首次進行乾式氫彈試爆。
 


模擬鈾分裂的連鎖反應


 


kipp 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()