18新利最新登入核弹是如何工作的

我们可以得到炸弹之前,我们必须从小事做起,自动小。一个原子你会记得,三个亚原子粒子组成质子,中子和电子。一个原子的中心,被称为核,是由质子和中子组成的。质子带正电;不带电的中子在;和电子带负电荷。著质子比总是一对一,所以原子有一个中立的。例如,一个碳原子有6个质子和6个电子。

虽然它不是那么简单。一个原子的属性可以大大改变基于每个粒子的多少。18新利最新登入如果你改变数量的质子,你结束了一个完全不同的元素。如果你改变一个原子的中子数,你风了同位素。

例如,碳三种同位素:

当我们看到碳,大多数原子核是稳定的,但一些不稳定。这些原子核自发发射粒子,科学家称之为辐射。细胞核发出辐射,当然,放射性,发射粒子的行为被称为放射性衰变。有三种类型的放射性衰变。

记住,尤其是裂变部分。它会不断为我们讨论核弹的内部运作。

核弹涉及-强和弱的力量,一个原子的原子核在一起,特别是原子不稳定的原子核。有两种基本方式,可以从一个原子释放核能。

过程——裂变或聚变——大量的热能和辐射被释放。

我们可以属性核裂变的发现意大利物理学家恩里科·费米的工作。在1930年代,费米表明元素受到中子轰击可以转化为新元素。这项工作导致缓慢的中子的发现,以及新元素不代表元素周期表。

费米的发现后不久,德国科学家奥托·哈恩和弗里茨Strassman与中子轰击铀,而产生了放射性同位素钡。哈恩和Strassman得出结论,低速中子导致铀原子核裂变,或分裂成两个小块。

他们的工作引发了强烈的活动在世界各地的研究实验室。普林斯顿大学的尼尔斯·波尔曾与约翰•惠勒开发一个假想的裂变过程的模型。玻尔和惠勒推测,这是铀同位素铀- 235,而不是铀- 238,发生裂变。

大约在同一时间,其他科学家发现裂变过程导致产生更多的中子。这使得波尔和惠勒问一个重大问题:可以创建的自由中子裂变开始连锁反应会释放大量的能量?如果是这样的话,有可能建立一个无法想象的力量的武器。

这是。

1940年3月,一组科学家在纽约哥伦比亚大学工作证实了提出的假设波尔和惠勒:同位素铀- 235,或u - 235负责核裂变。哥伦比亚大学团队试图启动一个连锁反应使用u - 235在1941年秋天但失败了。所有的工作然后搬到芝加哥大学,在那里,在一个壁球场坐落在大学所恩里科·费米最终实现了世界上第一个控制核连锁反应。核武器的发展,使用u - 235作为燃料,进展迅速。

因为它的重要性在核弹的设计,让我们看看u - 235更密切。u - 235是为数不多的材料,可以接受诱发裂变。这意味着,而不是7亿多年等待自然铀衰变,元素可以分解更快如果一个中子进入细胞核。原子核会吸收中子毫不犹豫,立即变得不稳定和分裂。

一旦抓住了中子核,它分裂成两个较轻的原子,把两个或三个新的中子(驱逐中子的数量取决于u - 235原子发生分裂)。18新利最新登入然后两个较轻的原子发射伽马辐射适应他们的新国家。有几件事关于这个诱发裂变过程,使它有趣:

1941年,加州大学伯克利分校的科学家们发现了另一个元素- 94号元素,可以提供潜在作为核燃料。他们给这个元素钚,在第二年,他们足够的实验。最终,他们建立了钚的裂变特点和确定第二个可能的燃料核武器。

在裂变炸弹,燃料必须保存在单独的亚临界质量,不会支持裂变,防止过早爆炸。临界质量是可裂变物质的最小质量要求维持核裂变反应。

再次考虑大理石类比。如果弹珠圈分开太远——亚临界质量更小的连锁反应会发生当“中子大理石”的中心。如果球被放置在更短的圆-临界质量有更高的可能性大的连锁反应。

使燃料在不同亚临界质量导致设计挑战,必须解决裂变炸弹正常运行。当然,第一个挑战是将亚临界质量在一起形成一个超临界质量,这将提供足够多的中子来维持一个裂变反应时爆炸。炸弹设计师提出了两个解决方案,我们将在下一节中介绍。

接下来,必须引入超临界自由中子质量开始裂变。介绍了中子通过中子发生器。这个发电机是一个小颗粒的钋和铍,衬托在核裂变燃料核心隔开。在这个发电机:

最后,设计必须允许尽可能多的材料之前裂变炸弹爆炸。这是通过围裂变反应在一个密集的材料称为篡改,这通常是由铀- 238。裂变的篡改加热和扩大核心。这种扩张的夯施加压力的裂变的核心和核心的扩张速度。篡改也反映出中子回裂变核心,增加裂变反应的效率。

最简单的方式将亚临界质量是使枪一起火灾质量到另一个。一个球体的u - 235是由中子发生器和一个小子弹的u - 235。子弹被放置在一个长管的一端与炸药,而球被放置在另一端。一个气压传感器确定适当的高度对爆轰和触发的事件序列如下:

小男孩在广岛投下的原子弹,这种类型的炸弹,吨(相当于20000吨TNT)的效率约为1.5%。也就是说,1.5%的材料在爆炸前的裂变,把材料。

第二种方法来创建一个超临界质量需要压缩内爆的亚临界质量成一个球体。胖子在长崎投下的原子弹,是这些所谓的之一implosion-triggered炸弹。这并不容易。

早期炸弹设计师面临的几个问题,特别是如何控制和直接的冲击波均匀球体。18新利最新登入他们的解决方案是创建一个内爆装置组成的球体的u - 235作为干预和钚- 239核心包围烈性炸药。炸弹被引爆时,它有一个23-kiloton收益率17%的效率。这是发生了什么:

设计师能够完善基本implosion-triggered设计。1943年,美国物理学家爱德华·泰勒发明了刺激的概念。提高是指一个过程,聚变反应是用于创建中子,然后用来诱发裂变反应以更高的速度。花了八年之后,第一个测试才确认的有效性提高,但是一旦证明来了,它变成了一个受欢迎的设计。在接下来的几年里,几乎90%的核弹在美国使用提高设计建造的。

当然,聚变反应可以作为能源的主要来源在核武器,。在下一节中,我们来看看聚变核弹的内部运作。

裂变核弹工作,但他们不是非常有效。这并没有花费科学家长期以来怀疑相反的核过程——融合——也许更有效。融合发生在两个原子的原子核结合在一起,形成一个较重的原子。在极高的温度下,氢的同位素氘和氚的核可以容易融合,在这一过程中释放出大量的能量。武器,利用这个过程被称为聚变核弹,热炸弹或氢弹。

聚变核弹有更高的吨产量和效率比裂变核弹,但他们存在一些问题,必须解决:

科学家解决第一个问题通过使用lithium-deuterate,固体化合物,不接受放射性衰变在正常温度下,随着主要热核材料。为了克服氚问题,炸弹设计师依靠裂变反应产生氚锂。裂变反应也解决了最后一个问题。

大部分的辐射释放裂变反应是x射线,而这些x射线提供必要的高温和压力开始融合。所以,融合炸弹有两级设计——主裂变或boosted-fission组件和一个二次融合组件。

要理解这个炸弹设计,想象在一个炸弹外壳有一个内爆裂变炸弹和圆柱壳的铀- 238(夯)。在夯氘化锂(燃料)和空心杆的钚- 239中心的缸。

分离的缸内爆的炸弹是一个盾牌的铀- 238和泡沫塑料填充炸弹套管的剩余空间。爆炸的炸弹造成以下的事件序列:

所有这些事件发生在大约600/1000000000秒(550/1000000000秒的裂变炸弹内爆,50/1000000000秒的融合事件)。结果是一个巨大的爆炸,10000吨当量比小男孩爆炸强700倍。

是一回事制造核弹。这是另一件事完全交付武器其预定目标和成功引爆。尤其是第一个炸弹由科学家在第二次世界大战的结束。写在一个1995年出版的《科学美国人》菲利普·莫里森的一员曼哈顿计划说,这对早期的武器:“1945 -测试的所有三个炸弹炸弹和两个在日本投下的炸弹——更简易的复杂的实验室设备比可靠的武器。”

这些炸弹的交付他们的最终目的地是简易一样,他们的设计和施工。美国印第安纳波利斯的部件和浓缩铀燃料运输小男孩炸弹的太平洋岛屿Tinian 7月28日,1945年。胖子炸弹的组件,由三个修改清到了8月2日,1945年。

60岁的一个科学家小组从洛斯阿拉莫斯飞,新墨西哥,Tinian协助组装。小男孩炸弹,重达9700磅(4400公斤)和测量10英尺(3米)从鼻子到尾巴,先准备好了。在8月6日,一艘装载小男孩到艾诺拉·盖伊,由保罗·蒂贝茨上校驾驶的b - 29。飞机的750英里(1200公里)前往日本广岛投下原子弹往空中,引爆了正好12点。

8月9日,近11000磅(5000公斤)的胖子炸弹犯了同样的旅程在博克斯卡,第二个驾驶的b - 29少校查尔斯·斯威尼。致命的弹头爆炸在长崎只是中午之前。

今天,第二次世界大战中使用的方法对日本-重力炸弹由飞机运送核武器仍然是一个可行的方法。但多年来,弹头缩小了,其他选项可用。许多国家已经储备了弹道导弹和巡航导弹配备核设备。

大多数弹道导弹从陆基发射井发射或吗潜艇。他们退出地球大气层,旅行几千英里的目标和部署他们的武器进入大气层。巡航导弹弹头有较短的范围和小于弹道导弹,但他们很难检测和拦截。他们可以从空中发射,从地面移动发射器和海军船只。

战术核武器(tnw)也开始在流行冷战。设计目标较小的地区,tnw包括短程导弹、炮弹、地雷和深度的指控。

核武器的爆炸释放了巨大的破坏,和碎片将包含微观证据离炸弹的材料了。核弹的爆炸目标如密集的城市造成巨大的伤害。损伤的程度取决于距离炸弹爆炸的中心,这叫做震源或归零地。你越接近震源,更严重的损失。造成的损害是几件事情:

震源,一切都是立即蒸发的高温(5亿华氏度或3亿摄氏度)。从震源向外,大多数伤亡是由燃烧的热量,从飞扬的瓦砾残片冲击波造成的伤害和急性暴露于高辐射。

除了直接爆炸区域,人员伤亡引起的热量,辐射和火灾产生的热浪。从长远来看,放射性尘埃因为盛行风出现在更广泛的区域。放射性尘埃粒子进入供水和被人吸入和摄入的距离。

科学家们已经研究了广岛和长崎爆炸的幸存者理解核爆炸的短期影响和长期影响人类健康。新利国际网站品牌官网辐射和放射性尘埃会影响那些积极的体内细胞分裂(头发、肠、骨髓、生殖器官)。一些由此产生的疾病包括:新利国际网站品牌官网

这些条件通常增加白血病的风险,癌症、不孕症和出生缺陷。

科学家和医生仍然学习在日本投下炸弹的幸存者和希望能出现更多的结果。

在1980年代,科学家评估了核战争的可能影响(许多核弹爆炸在世界不同的地方)和提出的理论核冬天可能会发生。在核冬天的场景中,许多炸弹的爆炸会增加大量的灰尘和放射性物质会旅行到地球大气层。这些云遮住阳光。

阳光的水平将降低地球的表面温度和减少光合作用由植物和细菌。减少光合作用会破坏食物链,造成大灭绝的生活(包括人类)。这种情况类似于小行星假设提出了来解释恐龙的灭绝。核冬天场景的支持者指出的尘埃和碎片云,旅行在整个地球上火山爆发后,圣海伦火山在美国和菲律宾的皮纳图博火山喷发。

核武器有令人难以置信的,长期的破坏力,旅行远远超出了最初的目标。这就是为什么世界各国政府正试图控制nuclear-bomb-making传播的技术和材料,减少核武器部署在冷战期间。这也是为什么朝鲜和其他国家进行的核试验引起国际社会的强烈反应。广岛和长崎爆炸可能几十年过去,但可怕的画面,8月的早晨烧一如既往的清明。

超过四分之三个世纪以来广岛和长崎的核袭击,世界上没有见过另一个使用核武器,和武器的数量国核武库已经急剧下降,从1986年的70300的峰值在2022年初就估计有12700。世界上最大的两个核超级大国美国,with slightly more than 5,400 weapons, and Russia, which has nearly 6,000, though the U.S. has a slightly higher number of deployed strategic weapons, at 1,644 compared to the Russians, 1,588 [source:美国科学家联合会]。

坏消息:下降主要是由于武器削减在1990年代所做的努力。虽然美国继续缓慢减少核武器储备,其他国家——中国、印度、朝鲜、巴基斯坦、英国,可能俄罗斯——被认为是增加他们的[来源:美国科学家联合会]。

此外,技术进步可能制造核武器甚至比过去的那些潜在的破坏性。例如,美国弹道导弹越来越包含复杂的电子传感器的技巧金属壳,这使他们能够引爆在目标精确的时刻造成破坏的最佳数量。这类设备甚至可能使核弹头摧毁深埋地下的安装,如地下导弹发射井。

虽然此类武器可能阻止敌人激进的行动,将画一个核响应,核战略专家也担心敌人会决定罢工,为了避免自己武器的风险被先发制人[来源:史密斯]。

其他潜在不稳定发展:高超音速导弹,比常规导弹更快和更容易操作,并能让敌人很难应对攻击,从而增加对方国家的风险可能会第一次罢工[来源:Zutt和Onderco]。

另一个未来的担忧是世界领导人的积极的冲动,在一个时代规范已经侵蚀了。当俄罗斯总统弗拉基米尔•普京(Vladimir Putin)试图阻止其他国家干涉他的入侵乌克兰2022年,例如,他威胁说“这样的后果,你从来没有遇到历史,”——有些人将警告说他可能诉诸核武器的使用。作为回应,法国外交部长让Le Drian说,“我认为,普京还必须明白大西洋联盟是一个核联盟”[来源路透]。