當量十萬噸的核彈不是氫彈?這是個毫無常識的說法

09-08

近年來有觀點認為,氫彈的當量都是上百萬噸級的。10 萬噸的爆炸當量根本就不可能是氫彈,氫彈當量比這要大的多,那麼真是這樣嗎?氫彈就做不瞭小當量嗎?先來一個幹貨證據,美國主力核彈 B83 和 B61 都是氫彈,而這兩種氫彈的爆炸當量都是可調的,從數千噸到數百萬噸 TNT 不等,因此是氫彈當量就一定大的說法根本不成立。

在理論上來看,影響氫彈爆炸當量的關鍵因素有三個:一是內置於氫彈內部的聚變材料氘化鋰的數量,這個很好理解,材料越多,鏈式聚變反應次數越多,爆炸威力越大;二是氘化鋰轉化為氘的概率,隻有氘化鋰被轉換為氘後才能在高溫下發生氘氘反應聚變為氦 -3 並釋放出一個中子,該中子又會碰撞其他氘引發鏈式反應,轉化概率大小取決於有多少中子能撞擊到離子態氘化鋰;第三是核裂變環境發生的時間,核聚變隻能在核裂變環境下發生,該環境時間太小、溫度不合格就會造成聚變失敗。

因此控制氫彈當量時隻要對這三個因素針對性控制就可以實現可調當量,控制的具體方法是對中子源數量、炸藥透鏡和 X 射線透鏡進行控制。一般來說,初次試爆核彈時當量都會比較大,這是有兩方面因素造成的:一是懼怕失敗而配裝較多的氘化鋰材料。二是故意讓 X 射線透鏡效率達到最大化。這些措施僅僅是為瞭提高成功概率,但也可能出現一些技術不過關而導致的當量過小情況,也就是盡管塞瞭不少氘化鋰聚變材料,但反應程度沒達到要求導致隻有少量氘化鋰發生瞭核聚變,例如印度於 1998 年爆炸的氫彈隻有 4 到 5 萬噸左右,當時就不被國際社會所承認。

一般的氫彈結構有點像多層卷餅,最外層為鈾 -238 殼體,第二層是炸藥透鏡,第三層是鈾 -235, 第四層為氘化鋰塊體,第五層也是核心層是钚 -239。聚變過程是氫彈爆炸時一般先引爆炸藥透鏡,使其產生一個向心的轟擊波,推動小塊狀處於臨界質量(一般是 5kg 左右)的鈾 -235 向內聚合,與氘化鋰一起擠壓核心層的钚 -239,由於炸藥透鏡的擠壓作用使鈾 -235 凝聚在一起超過臨界質量。

同時,撞破包裹最裡層钚 -239 的箔片,令钚 -239 自發地釋放出中子轟擊鈾 -235,鈾 -235 在轟擊下開始發生鏈式裂變反應,進而釋放出更多的 X 射線和中子,並誘發外層殼體上的鈾 -238 也釋放中子,加劇反應,創造出核裂變環境,將氘化鋰加熱成離子態。中子和離子態的氘化鋰結合後將其轉化為鋰和氘,氘在該環境下發生核聚變,進而發射氫彈核聚變。

導致當量較小的一般技術原因有下列幾種:一是炸藥透鏡的質量不過關。若在上述過程內,炸藥透鏡向心轟爆時爆炸時間和爆炸沖擊波方向、大小不一致,就會使在臨界質量的鈾 -235 塊體不能很好結合在一起超過臨界質量,而是在钚 -239 中子源的誘導下一塊一塊爆炸,或隻爆炸一部分,達不到預定的核裂變環境。當結合在一起的鈾 -235 塊體無法超越臨界質量時就會發生臭彈現象,一般爆炸當量會非常小,幾噸 TNT 都達不到,美國歷史上多次氫彈試驗失敗都屬於此類。當隻有部分鈾 -235 結合在一起並超過臨界質量時盡管發生裂變但爆炸的威力不夠,就會讓隻發生核裂變或隻發生少部分核聚變。

二是中子源質量不過關。整個核聚變發生於億分之 6000 秒之內。而在這一過程中中子源必須同時碰撞鈾 -235 和氘化鋰兩種物質,這要求氘化鋰必須足夠多,厚度至少 15 厘米,被壓縮後密度要能夠從 0.8 克 / 立方厘米上升到 16 克 / 立方厘米,使得盡可能多的中子源來轟擊它,加大反應量。如果中子源質量不過關,就會導致發生反應的氘數量不夠,造成當量減少。

此外,為瞭增加核聚變發生時的內部溫度,一些國傢會在最外層的鈾 -238 和炸藥透鏡之間再附加一層钚 -239 作為額外的中子源和核裂變材料向心聚爆,加強鈾 -235 的裂變反應。但由於钚 -239 提取較難,很多國傢氫彈都無法一步達到這樣的水平。

綜合來看,印度氫彈當量小的主要原因很可能是第一個:炸藥透鏡質量不過關。印度 4-5 萬噸級別很可能隻是爆炸瞭一顆原子彈,而最近某國 10 萬噸當量級別很可能是部分聚變物質發生爆炸。

掌握炸藥透鏡爆炸規律的學科稱為爆炸力學,這一學科需要大量的試驗和先進的傳感器綜合判斷分析,一般國傢無法掌握,我國對該技術掌握成熟度比較高,程開甲院士就是這方面的專傢。T-U 構型有多個中子源,不會出現中子數量不足的問題,因而最近氫彈試驗當量小主要是炸藥透鏡不過關導致的。

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