原副标题:基本概念:给他们讲呵呵核子武器
基本概念:给他们讲呵呵核子武器
其实始终想给他们谈谈核子武器的。但总觉得讲这么庞克的小东西得找两个最佳时机,前两天是写诗说点赞到多少个,给他们如是说核子武器结构。但该文的点赞量始终没有填补空缺。或者说,前段时间这三个辨认出影迷比W君还心急,早已有三个影迷在朋友圈里说想如是说如是说核子武器的。直接写,称得上宠下粉。
严苛象征意义上说,核聚变器比借助核反应的核反应器更早的进入人们的视线,再1920年就有核聚变的理论被提出来,到了1932年,世界上第二个核聚变器就早已完成了。
这个小东西事实上现在他们在家中也能搞一搞,并不繁杂。丹尼尔·迪瓦瓦鲁达在1932-1936年这两天内不断的借助高能快速氘原子(镎)轰击各种原子,辨认出氘和其他原子紧密结合后释放出来出来的热量相比之下小于输出热量,于是就辨认出了核聚变的绝密。
当时,美国在搞纽约市方案的时候也就理所当然的将核子武器的研究放在了方案内。或者说搞氢弹很难,搞高能产生核聚变也难,但要搞出核子武器来就并不是两件难的事情了。
他们先来看呵呵核聚变的基本基本概念:
核聚变,就是借助三个较轻的原子消除原子间的静电力力使之紧密结合成两个较轻的原子的操作过程。
在紧密结合的操作过程中,释放出来出来原子的电阻率,形成捷伊原子,如果所释放出来的电阻率小于使三个原子核聚变所耗用的热量,就实现了热量的正投资收益。
为什么是“核子武器”呢?氢这类是最重的原子,原子内只有1个氢原子,所随身携带的负电荷势阱最重,冲破氢原子间的静电力力妨碍所需要的热量最重,因此氢原子核素也就获得了最大的阿芒塔。
氘(D)氚(T)阿芒塔
我们知道了氘和氚有最大的阿芒塔后,只要三个原子间的动能达到105千电子伏特就可以发生核聚变反应,同时放出1个中子和14.1兆电子伏特的热量。
对于快速两个氘原子达到105千电子伏特这件事对于实验室来说并不难,最早丹尼尔·迪瓦瓦鲁达在他的实验室内仅仅用了两个直径1.5米,电压60千伏的环形高能就做到这一点,完成了氘氚核聚变。或者说这件事是两个实验室内的微观行为,所需要的输出热量并不是很大,两个110V的插座就能提供核聚变热量了,让三个原子发生核聚变。
要知道,这些炸药的热量仅仅能驱动1克氘原子达到与氚核聚变的动能。
把如此巨大的热量在瞬间集中在两个很小的区域内目前人类的手段还仅仅只有几种,而实现的方法和设备规模都不适用于战争。
直到有了氢弹。人类终于可以在极小的时间段内、在极小的空间范围内用简单的方法爆发出巨大的热量。
但问题是,如果去用氢弹去“炸”核聚变材料,除了能把核聚变材料“炸碎”,几乎不能引起任何有效的核聚变产生。原因就是因为爆炸的冲击波会直接打散核聚变材料,使核聚变材料的空间密度大幅度降低,高能快速的后的氘氚原子就很难相互碰撞发生核聚变。
核子武器结构的核心问题就是——如何在核聚变材料被炸碎之前,让核聚变材料获得足够多的热量。
这里他们要知道的事情是氢弹的裂变反应之后热量输出包括哪些方面?
这里面有一部分热量是以早期核辐射的形式输出的。早期核辐射主要分三个部分:核反应所释放出来出来的伽马射线、X射线和中子射流。
这里X射线的重要性就凸显出来了。
x射线具有强大的穿透作用,在核反应初期就可以达到峰值向外输出,其速度是光速。要比核弹爆炸所产生的冲击波速度(260-400km/s)高了三个量级。它们会首先到达核聚变材料,在零点几毫秒后冲击波才会达到核聚变材料将之打散。
正是因为有这个时间差。x射线有足够的时间“加热”核聚变材料。
X射线加热?没错,这里面就涉及了三个方面的问题。
第二个是X射线和原子间传递热量的方式。
X射线是一种高频率极短波长的高能射线,直接作用于原子后可以向原子传递热量,在高强度的X射线下,原子可以获得巨大的动能。
第二个是光辐射压力,X射线同时也是一种“光”,巨大的光照强度下会产生光辐压。辐射压虽然在常规环境下无法感知,但他们可以通过观察彗星就可以看到彗星的彗尾就是被太阳光线产生的辐射压的作用下散开的。
在核爆炸产生的X射线作用于核聚变材料的时候其辐射压高达7-140吉帕斯卡,这个压力足以维持核聚变材料的约束。
但,如果有这么大的辐射压核聚变材料会不会被X射线“照飞”呢?使之向相反的方向窜出去?
这里就牵扯到第三个方面了。x射线的瑞利散射。
瑞丽散射是两个光学现象。瑞利散射能使他们看到的天空是蓝色的
这是有空气中的氧气和氮气原子散射了光谱中的蓝色光线,使得在一定大气层厚度下,他们看到的天空是蓝色的,当太阳逐渐落下,光线经过大气层的路径变长,大气中就区分出了光谱中由蓝到红的各个层级色彩。
x射线在物质中穿行也会有瑞利散射的现象。如果x射线肉眼可见的话,你会辨认出整个核聚变材料被x射线照得通体发亮。
前阵子W君不是在做青空灯吗?做了三个瑞利散射材料。
例如桌面上的这块材料,这类是无色透明的,但再阳光下就会显示出蓝色来。这就是瑞利散射效应,让大部分蓝色的光线“留在了”材料内。
核聚变材料的设计也是这样,或者说存留的是x射线。这一旦X射线照射到核聚变材料中,在核聚变材料内能维持两个极高的x射线辐射压。而且这个压力在大多数方向上是均一的。
通过x射线的方式向核聚变材料中传递了大量且均匀的热量,第二波辐射就到达核聚变材料了。这就是早期辐射中的中子辐射。
在核反应开始的时候,也会产生大量中子。中子射流的传播速度略低于光速,但远高于冲击波的速度。到了核聚变材料内部。这些中子会射入一部分氘原子内形成氚。这时候核聚变材料(一般是氘化锂),中就含有大量的氘和氚,由于氚的产生,大幅度的提高了核聚变阿芒塔,此刻核聚变反应开始。
至于“于敏结构”和“泰勒-乌拉姆结构”其实只是为了让x射线能更好的聚焦于核聚变材料上的x射线光学结构。两个主打借助反射x射线的方式将x射线汇聚到核聚变材料中,另两个则是使用x射线透镜折射的方式将x射线汇聚到核聚变材料中。
其实他们小邻居的核子武器和他们早期于敏结构都是一样的
注意到束腰的结构了没?这个束腰的结构就是带有x射线透镜的典型结构。
说到这里,x射线透镜是什么样子呢?
通常X射线和物质都会产生作用,导致X射线的折射率并不像很多普通光线一样
甚至有的时候x射线的折射率会小于1,在这种情况下,x射线的透镜事实上还得应用干涉基本概念,通常他们早期核弹内的x射线透镜就是镀了铜的多层同心圆玻璃薄片。
在前段时间的相关技术实现上又出现了径向刻痕和同心圆的设计,据说是用来消除色差的。可以让x射线更高效率的聚焦在两个特定点上。