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原子弹原理早已公开,为什么还有那么多国家造不出原子弹? zt
送交者:  2020年11月20日07:22:51 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

原子弹原理早已公开,为什么还有那么多国家造不出原子弹?

原子弹和氢弹一直被称为是人类的终极武器,因为它是宇宙中最普遍的能量产生方式:质量转化为能量,这是1905年由爱因斯坦提出的质能等价原理的终极应用,爆发出的能量是人类前所未见的,即使在将来,也很难有新的武器在能量释放上超过它!

原子弹原理早已公开,为什么还有那么多国家造不出原子弹?


原子弹的原理并不复杂,为什么能制造原子弹的国家那么少?

核弹有两种,一种是我们本文要说的原子弹,另一种则是原子弹作为扳机的氢弹,两种统称为核武器,它们的原理并不复杂,甚至中学生都能了解他的原理,但在地球行能制造出核武器的国家不过十几个而已!为什么那么难?

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原子弹的前世今生

原子弹的原理就是重核裂变,这是哈恩和施特拉斯曼在1938年发现的,刚好在二战前夕!发现原理后不久,科学家都认识到了核裂变所释放的巨大能量,因此德国已经开始召集科学家攻克原子弹,而美国总统罗斯福也在爱因斯坦的签名联名信中同意了原子弹制造的曼哈顿计划!

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当然结果大家也知道了,奥本海默领导的曼哈顿计划成功地制造出了原子弹,而德国的原子弹则失败了,据说日本也加入了计划制造原子弹但最终没有成功!不过造不出也没什么丢脸的,因为即使到二十一世纪,能制造出原子弹的也不过十多个,原子弹真的很难吗?

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原子弹为什么那么难?

虽然重核裂变的元素很多,但最常见的只有一种,也就是铀-235,还有一种是钚-239,但这种并不在自然界存在,需要用核反应堆制造,下面以铀-235为例!

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临界质量计算错误

二战德国没有制造出原子弹一直是个谜,按理说以海森堡的能力造出原子弹并不是什么特别难的事情,但德国就是没成功,其中据说就是临界质量的计算问题!

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一个铀原子在受到中子撞击后会分裂成氪-92和钡-141,同时会释放出2-3个多余的中子,这些中子又会撞击其它原子核形成链式反应,但有一个问题,必须撞击到原子核才能反应,而原子内部空荡荡的,必须要足够大的质量才能让中子在飞出去前撞击到原子核!

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所以能保证中子撞击到下一个原子核的最小体积的质量就是临界质量,海森堡算错了,一颗原子弹需要数吨铀-235,几乎是个不可能的任务,所以这德国造原子弹的信心明显就不足。

提纯铀-235非常困难

自然界的铀重只有0.72%是铀-235,其余的都是铀-238,两者化学性质几乎都一样,而造一颗原子弹至少也需要90%以上浓度的武器级铀,而且需要15千克以上!如何分离就成了一个超级难题,一般有三个方法来分离:扩散法、离心法和激光法!

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第一颗原子弹使用的就是扩散法,现代铀浓缩主要用的是离心法,它的原理很简单,让铀黄饼生成六氟化铀,这是一种气体,然后通过高速旋转的离心机,将两者差一丢丢的质量的同位素分离,经过N级提纯后,铀-235的浓度越来越高!

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但制造一颗原子弹少说也要几十千克(保证能爆,越多越好),如果各位无法想象浓缩铀的难度的话,那么必定听说过伊朗的离心机,纳坦兹浓缩铀工厂数次遭到美国暗算,不知道生产出了多少浓缩铀,当然这是机密,我们不得而知,但难度可见一斑。

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这些都是离心机

起爆模型困难重重

有了浓缩铀,接下来简单了?NO!刚刚开始而已,因为到达了临界质量的铀-235块会自发裂变,所有原子弹内的铀块绝不能到达临界质量!但在爆炸时必须要临界质量,怎么办?设置一个分离的模型,起爆瞬间合在一起,然后裂变,当然这是在微秒时间内完成的!

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所以即使有起爆模型,如何让它们在瞬间合在一起,这个难度是极高的,没有点基本功,那是绝对搞不定的,所以这又是一个难度!

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当然这些其实都不是问题,现代世界上有这些技术的国家多达几十个,但问题是为什么能制造出原子弹的仅仅只有十个呢?

最大的障碍:核不扩散条约

这里有两个概念必须要了解下,第一个是国际原子能机构(IAEA),成立于1957年7月29日,是一个国际组织,致力推广以和平方式使用核能的机构,另一个则是《核不扩散条约》!

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1959年和1961年,联合国大会先后通过爱尔兰提出的要求有核武器国家不向无核国家提供核武器和《防止核武器更大范围扩散》的议案。此后1960年和1964年,法国和中国先后搞定原子弹,中国还在1967年突破了氢弹,这引起了美苏的担忧!

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因此在美国和苏联在1965年8月和9月在日内瓦18国裁军委员会提出一项防止核武器扩散条约草案,并且在1968年6月12日的联合国大会上通过此草案,条约规定:截止1967年1月1日已制造并爆炸核武器或其他核爆炸装置的国家,允许保留核武器!

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美国、苏联、英国、法国和中国成为仅有五个合法拥有核武器的国家,所以你要想想我们国家当时是无比英明,而科学家们的贡献是多么巨大,一旦错过那个窗口,现在再研制核武器那就不只是技术上的难题了!

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看看现在朝鲜和伊朗,为了核武器搞到再三被制裁,当然对于他们来说并没有错,但是和氏璧无罪,怀璧其罪,核武器只能在五常中!

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各国核武器数量

所有在被认为有可能核扩散的风险的国家,IAEA(国际原子能机构)就有权调查,当然这也得看僧面,五常内IAEA可不敢造次,但在其他国家,有美苏撑腰,有制裁背书,你不让查都不行!

铀浓缩设施,比如离心机,还有重水反应堆

前者是浓缩铀的最便捷手段,后者能生产钚-239,所以这些都是首当其冲的!国际原子能机构欢迎大家使用轻水反应堆,因为它无法制造钚,而且它用的是浓缩铀,浓度要求比较高,所以可以采用可控贸易的形式进行!

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但重水反应堆就比较严重了,因为它可以使用低至2%左右的浓缩铀,甚至直接用铀矿石,而且它的废料中还能分离钚-239,所以重水反应堆是重点关照的对象,国际原子能机构盯着全世界的重水反应堆,特别是在朝鲜和伊朗的重水反应堆!

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这就是当年IAEA在伊朗出镜率奇高的原因!当然IAEA也是全球所有在五常以外,但却想制造原子弹的国家的最大障碍!


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