核裂变武器 - 核武科技基本知识

许多重元素都可以发生裂变，但是作为原子武器能量的来源主要是具有较慢裂变中子的两种同位元素：(235U)铀235和(239Pu)钚239。中子裂变的发生需要由一个爆炸的连锁反应来激活。

实际使用的钚239是添加了镓(gallium)的合金，目的是为了改善其物理性能。

同位元素是一种元素的多种形式，区别在于中子的数量不同。例如：氢有H1、H2、H3三种不同的同位素，分别由零个、一个和两个中子。这些同位素中，它们的化学性质完全一样，大部分物理性质也相同。但是它们的原子核却有轻微的不同。

一个原子是非常小的，当原子发生裂变时却会在单位体积内产生非常巨大的能量，但是要大到可以成为核武器的关键是要有足够的裂变原料和一个在短时间内快速急速增长的连锁反应。

铀235和钚239的裂变是由不稳定的中子造成的，裂变材料中的原子发生冲撞，产生裂变。一个原子通常分裂成2个或更多的中子。这些中子在和其他原子发生冲撞，继续冲撞分裂，这就是裂变。

如果裂变材料太少，或者裂变时空间太大，大部分中子向四周逃散，无法产生连锁反应。此时处于低于临界状态。如果产生的中子量相等于裂变消耗的数量，这是物质处于临界状态。当中子量超过裂变消耗的数量时，我们称之为超临界状态。

原子裂变武器是基于快速聚集一定质量的超临界状态的裂变物质从而产生足够的相反的分解力。

裂变产生的大部分能量都是几乎与瞬间释放，从释放中子到裂变的平均时间通常只有10亿分之10秒，而这样的连锁反应成指数性的发生，结果是一次原子能爆炸的能量来自于由最后4-5次裂变在不到一百万分之十秒的时间内产生的超过99%的巨大能量。

这种巨大能量在一个很小的空间内，很短的时间内将会产生很不寻常的物理现象：一种在地球上无论用多少TNT炸药都无法产生的能量。

钚239是如今核武中使用的主要裂变材料。制造一个核武器所需要的裂变材料其实只需要很少一点，少得令人惊奇。

下图是一个1945年摧毁日本长崎（Nagasaki）的一颗原子弹所需要的钚239的成比例大小的模型，一只手就可以拿住。

这颗原子弹除了足够钚以外，还包括两层同心的高爆炸性外壳，每一个外壳都由两种不同燃烧率的爆炸物塑造而成。当这个外层被平衡的引爆的时候，将会产生向内的爆炸冲力。

那两种不同的爆炸物形成的球形的会聚性冲击波，冲击装置中心的钚，致使其崩溃。

钚被压缩的非常密集，直到达到超临界状态。

一个小的中子源，作为引爆器被放置在钚的中央，用来引爆中子，这样在最后几次裂变，不到百万分之一秒的时间内，一座城市和3万人的生命就这样被摧毁了。

中子反射器，通常由铍(beryllium)制成，用来包裹在钚球的四周，将四散的中子反射回钚内，而铀238，作为衰竭到最后的铀元素，帮助控制钚被过早的解体。现代的裂变装置使用一种被称为“助推”的技术来控制和增强装置产生的能量。