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氢弹是用原子弹引爆的?核聚变与核裂变是什么

2020-08-21 14:28:31  来源:白驹映月

1945年8月6日,美国在日本广岛投下了人类历史上首枚原子弹 “小男孩”。恐怖的威力立刻摧毁了广岛,广岛变成了一片废墟。

为什么原子弹体积与普通导弹差距不大,但威力如此却恐怖呢?这得从科学巨匠爱因斯坦的质能方程说起。

E=mC2这个式子中,E是释放的能量,m是变化的质量,C是光速,也就是3x108。

有人问,那这么算,我60千克的体重,岂不是能量大得惊人,是不是马上就要爆炸了?世界是不是要毁灭了?

别担心,这个m的意思是变化的质量,只有当质量凭空消失了,才会转化为能量。你确实含有这么多能量,但只要质量不变化,能量就不会释放出来。

那来计算一下,假设原子弹通过反应减少了1克的质量,乘上光速的平方,结果是9x1013J,这个结果已经比广岛原子弹的威力6.3x1013J还要强了,相当于整整1.5万吨TNT炸药的威力。

又有人说,完了,减少1g的质量威力都那么大,我昨天瘦了一斤,世界是不是又要毁灭了?

瘦下去的重量只是从你身体里跑到了外界环境,质量没有凭空消失,所以不用担心减肥会毁灭地球。

核裂变

那怎样的反应才会让质量凭空消失呢?其实,宏观世界的反应没有任何一个会导致质量凭空消失,只有微观才会,核裂变就是其中之一

人类采用铀元素作为核裂变的原料,确切的来说是铀-235,它的原子核由143个中子和92个质子构成。

当一个铀-235的原子核被一个快速运动的中子轰击时,这个铀原子核会裂开,变成另外两个元素的原子核——钡和氪,同时再释放出2-3个中子。

这个过程中,质量发生了变化,反应后的生成物比反应前的质量小,相差的质量就转化为了能量,大约是201兆电子伏特。

由于这个反应释放出了新的中子,这个中子又会去轰击其他原子核,于是就会发生更多的核裂变反应,然后再释放更多的中子,像多米诺骨牌一样不断进行,非常刺激,被称为链式反应。

但是想引发链式反应并不简单,其中有一个最重要的条件:第一个核裂变反应发生后释放的中子,要能轰击到别的铀原子核。

如果没轰击到,或者被杂质干扰了,又或是轰击到的时候速度不够大,反应都无法持续进行。

所以对铀材料的纯度、密度和形状都有一定的要求。

通过复杂的计算,人们计算出了能发生链式反应的最少铀材料的质量,称为临界质量,只有达到这个质量,才能顺利引发链式反应。

因此原子弹的构成是分成两块的铀材料,每块都小于临界质量,这样储存的时候不会爆炸,非常安全,当需要引爆时,先用普通炸药推动铀材料,把它们合体,合体质量超过了临界质量。然后通过引燃物质释放第一个中子,引发和加速链式反应,从而引发最终的核爆炸。

核聚变

让质量凭空消失的另一个反应是核聚变,而且这个更猛

氢元素的原子核中质子数都是1,但中子数不一定相同,可以根据这一点再细分,012的中子数分别叫做氕[piē]氘[dāo]氚[chuān]。

当一个氘核与一个氚核聚到一起时,他们会形成一个新的原子核——氦,同时释放出一个中子。

氢弹居然需要原子弹来引爆,掌握核聚变与核裂变,人人都是钢铁侠

核聚变,顾名思义,我聚起来了

同样,反应过程中,质量凭空消失了,减少的质量变为了能量,大约为17.6兆电子伏特。

与核裂变不同,这个反应并不需要中子撞击,可以直接进行,而且由于每个原子的质量轻,,总质量相同的氢弹,原子数量就要多很多,反应也更多,威力也远超原子弹。

氢弹的蘑菇云

唯一的问题是,发生反应所需的温度太高了,不加外界压力下需要上亿的温度!

为了减少所需温度,人们采用加压的方式,但所需温度还是太高,所以人们利用原子弹爆炸产生的高温来触发核聚变的反应,也就是说,氢弹奢侈到需要里面装个原子弹做引燃剂……

一旦发生了核聚变,自身的高温便可继续触发接下来的反应,不再需要外界加热。

由于核聚变会释放巨大的能量,所以如果人们能控制核聚变的反应,让它慢慢进行,而且不需要高温就能进行,人们就能轻易获得巨大的能量,这也是当前科学家研究的重要课题,如果能实现可控的冷核聚变,能源危机就不复存在。钢铁侠胸口中发亮的装置就是一个小型的冷核聚变,这个小装置为整个机甲提供了能量,到处飞还乱开激光炮,在核聚变面前都不是问题。

太阳向外界散发的源源不断的能量就是核聚变反应产生的,相当于一个巨大的氢弹。地球上的生灵所需要的大部分能量都是来自太阳,动物吃植物,植物的能量来自光合作用吸收太阳能;三峡水利,是水吸收太阳的热量蒸发,再从高处流下来;风力发电的风能,则是地球吸收太阳热量不均匀造成的气体压力差。

如果没有时时刻刻在核聚变的太阳,就不会有地球上的一切生灵。

恰好的核聚变,恰好的地日距离,恰好的液态水,恰好的有机物反应,恰好诞生的生命体。无数的巧合诞生了人类,而在人类在诞生百万年后,重新认识了所有的巧合中最初的那个核聚变,并加以利用。

科学不仅在引导我们走向未来,也在启发我们反思过去,让我们提出对哲学的疑问,重新认识那个最简单的,作为一个纯粹的生命的自己。

关键词: 核聚变 核裂变

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