第699章 槍式！內爆式！核彈小型化！【瘦子

  第699章 槍式！內爆式！核彈小型化！【瘦子】【胖子】【小男孩】！

  原子彈的基本原理很簡單。

  只要鈾235的質量超過臨界質量，「點火」中子源釋放中子，就能啟動鏈式反應。

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  基於這個原理，洛斯阿拉莫斯實驗室理論部的諸多大佬們，很快就想到了一種簡單結構。

  這種結構被命名為【槍式】，屬於簡單粗暴的物理拼裝。

  槍式原子彈一般是細長圓柱形，整體結構和炮彈很類似。

  槍式的核心原理是：

  「通過高能炸藥產生的衝擊波，將兩塊亞臨界質量的核材料在毫秒級時間內拼接在一起。」

  「然後在合併的一瞬間，啟動點火中子源，釋放中子，發生鏈式反應。」

  在槍式原子彈中，兩塊核材料被分別置於鋼管的兩端，後端核材料的後面裝有高能炸藥。

  起爆後，衝擊波使後端核材料以300m/s的速度撞擊到前段核材料，從而引爆。

  這種方式很像尋常槍械中火藥的推動過程，所以被命名為「槍式」，也稱為「子彈法」。

  這種方式的優點就是結構非常簡單，技術門檻很低，甚至不需要複雜的核試驗就能製造。

  然而，槍式原子彈的缺點也很明顯。

  第一，威力有上限。

  前後兩端的核材料的質量必須低於臨界質量。

  也就是說，原子彈中核材料的總質量最多是臨界質量的2倍，上限被鎖死。

  第二，材料利用率極低。

  兩塊核材料中，能夠發生裂變的材料只占5%，剩下的材料來不及反應就被炸飛了。

  第三，「早燃」現象。

  不管是鈾原子核還是鈽原子核，自然狀態下都會自發地裂變，並釋放出中子。

  因此，有可能出現一種巧合的現象：

  即兩塊核材料在充分接觸之前，點火中子源還沒開始發射中子時，就因為核材料的自發裂變，從而啟動鏈式反應。

  如此一來，爆炸效率將大大降低。

  當然，這種情況很罕見。

  正是由於這個原因，所以槍式結構只適用於鈾235，而無法適用於鈽239。

  因為鈽239的自發裂變概率遠遠大於鈾235。

  然而，當時鈾235的量只夠製造一枚槍式原子彈，無法進行這種結構的試爆試驗。

  換言之，槍式到底行不行，必須要驗證一下。

  於是，奧本海默大手一揮：

  「利用鈽239再製造一枚槍式原子彈，必須確保鈾彈的可行性。」

  這裡大家可能納悶：

  「不是說槍式不適合鈽239嗎，怎麼還要硬做？」

  這裡的不適合只是風險大而已，並不是一定不行的意思。

  有了奧本海默的死命令，理論部的大佬們很快拿出了解決方案。

  他們把鋼管的尺寸加長，這樣一來，兩個鈽塊距離更遠。

  而且後端鈽塊起爆後能獲得更高的速度，降低自發裂變的影響。

  最後，科學家一共製造出兩枚槍式原子彈，它們的代號就是大名鼎鼎的【小男孩】和【瘦子】。

  後者的長度是前者的2倍。

  ——

  【小男孩】

  類型：槍式鈾彈；

  裝載核材料量：64kg鈾235；

  尺寸：長3米，直徑71米，重量4噸；

  TNT當量：理論2萬噸，實際5萬噸。

  定位：實戰彈，投放櫻族廣島；

  【瘦子】

  類型：槍式鈽彈；

  裝載核材料量：2kg鈽239；

  尺寸：長6米，直徑61米，質量4噸；

  TNT當量：理論3萬噸，預計5000噸，實際2萬噸。（遠超預期）

  定位：試爆彈；

  ——

  小男孩一共裝有64kg的鈾235，但只有不到1kg的鈾235發生了核裂變。

  甚至更是只有不到1g的鈾235真正轉換為能量。

  槍式結構的材料利用率確實低到令人心疼。

  不然的話，櫻族的投降或許還能更早點。

  槍式原子彈的設計原理敲定後，計劃還在繼續，因為鈽239還有剩餘，不能浪費。

  但把鈽239用於槍式，畢竟還會有隱患在。

  因此，奧本海默需要為鈽239設計一種新的引爆結構，再製造一枚原子彈。

  於是，他把目光看向了第二種設計方案：內爆式。

  這是一種精密控制的向心壓縮引爆方法。

  其核心原理是：

  「中心有一個低於臨界質量的大塊核材料，然後在其周圍均勻環繞著偶數個小塊核燃料。」

  「每個小塊核燃料的後面都有等量的高能炸藥。」

  「接著，同時點燃高能炸藥，產生的向心衝擊波將所有小塊核燃料全部擠到中心，與那個大塊核燃料合併，超過臨界質量。」

  「然後點火中子源釋放中子，啟動鏈式反應。」

  由於採取了環繞式的結構，所以內爆式原子彈的外形像一個身體大頭腳小的大胖子，並不是筆直的結構。

  根據原理就能看出，內爆式設計的技術複雜度極高。

  需要精確控制小塊核燃料的起爆時間和方向，形成均勻壓縮波。

  這個過程需要大量且複雜的數學計算，主要是各種偏微分方程。

  後世大家經常聽到「算盤打出原子彈」的說法，算的就是這些東西。

  前面說過，不管是美國還是後來的華夏，其實採用的都是計算機計算。

  只有幾個關鍵方程和參數，才需要人工仔細核對，算盤用途沒有想像中大哈。

  而且改動其中任何一個尺寸參數，都需要重新計算。

  比如，把8個小塊改成10個小塊，原子彈的威力是提高了，但小塊的動力學模型又變了。

  洛斯阿拉莫斯實驗室理論部中，馮·諾依曼、泰勒、費曼等大佬負責的就是這部分的計算。

  而且研究內爆式的小組足足有600名成員，可見其難度。

  雖然內爆式原子彈的設計非常複雜，但是優勢也顯而易見。

  第一，內爆式設計可以同時適用鈾235和鈽239。

  因為相比槍式的兩塊核材料相撞，內爆式是好幾塊甚至十幾塊同時相遇才會爆炸。

  就算某一塊自發裂變了，也不影響整體的功能。

  因此，「嬌氣的」鈽239可以放心採用這種結構。

  第二，材料利用率高。

  內爆式的材料利用率可以達到20%以上，這大大減少了核材料的浪費。

  第三，內爆式可以製造小型化核彈。

  槍式中，兩塊核材料的體積是機械相加，即是利用正常密度下增加裂變物質數量的方式來超越臨界質量。

  但是在內爆式結構中，由於高能炸藥更多，因此能產生更高的壓力，核材料的密度可以進一步被壓縮。

  而根據核理論，核材料的密度越高，則臨界質量就越小。（應該比較好理解）

  內爆式可以製造更小當量的原子彈，相應的重量也會減輕，能夠搭載到飛彈上。

  所以在後世，內爆式成為了原子彈的主流設計，它標誌著核武器小型化的開端。

  當然，以上所說的只是內爆式最淺顯的原理，真正的設計極其複雜，要用到很多知識。

  為了不被請去喝茶，這裡就不詳細贅述了。

  原理敲定後，奧本海默對於內爆式原子彈有著十足的信心。

  格羅夫斯問他：

  「這枚原子彈的設計原理無法試爆怎麼辦？」

  奧本海默霸氣地說道：

  「我以人格擔保，內爆式不需要試驗，可直接用於實戰！」

  格羅夫斯連喊666。

  因為他知道，就算反對也沒用，剩下的鈽239隻夠製造出一枚內爆式原子彈。

  想試驗也沒材料了。

  他只能選擇相信奧本海默，相信對方背後1000多位科學家的智慧。

  而這枚原子彈，就是後世大名鼎鼎的【胖子】。

  ——

  【胖子】

  類型：內爆式鈽彈；

  裝載核材料量：4kg鈽239；（鈾彈的十分之一）

  尺寸：長3米，直徑5米，重量5噸；

  TNT當量：理論3萬噸TNT，實際2萬噸TNT。

  定位：實戰彈，投放櫻族長崎；——

  至此，曼哈頓計劃歷時三年，耗費無數財力物力，最終製造出3枚原子彈。

  而最後一步，就是真正的試爆了！

  經過多方考察，原子彈試爆的地點選擇在洛斯阿拉莫斯實驗室以北200公里的阿拉莫戈多沙漠地帶⑧。

  這裡是美國的一處空軍基地，試驗場長38公里、寬29公里。

  由於這個試驗場名為「三一試驗場」，所以本次爆炸又被稱為「三位一體爆炸」，代號「三一」。

  1945年7月15日，試驗前一天，【瘦子】組裝完畢，它被放置在一個高103米的鐵塔上，準備引爆。

  這裡大家可能疑問：

  「為什麼不放在地面上引爆呢？」

  這是因為通過理論計算可知，原子彈只有在高空爆炸才能產生最大的破壞力。

  原子彈的破壞性主要體現在四個方面：

  1、衝擊波：巨大能量在瞬間釋放後擠壓空氣形成的波動。

  2、光熱輻射：原子彈的能量50%以上都轉化為了熱量和光。

  3、粒子輻射：一瞬間產生的包括α射線、β射線、γ射線、中子射線在內的各種輻射，危害極大。

  4、放射性塵埃：部分放射性物質以塵埃的形式飄散在空氣中，由於半衰期較長，能夠持續地釋放輻射。

  3和4就是所謂的「核輻射」。

  如果將原子彈置於地面，那麼泥土就會削弱這四個方面的破壞力，導致威力大大降低。

  畢竟，不管原子彈的威力有多麼大，跟地球比起來，連小卡拉米都算不上。

  後世有人經常說：美蘇的核彈加一起能毀滅世界。

  這是不可能的，最多算是給地球撓個痒痒而已，連地表一層皮都撓不破。

  從理論上計算，原子彈置於地面引爆，最多只能產生一個幾十米深的大坑。

  1945年7月16日凌晨5點30分。

  世界上第一顆原子彈【瘦子】，在新墨西哥州的阿拉莫戈多沙漠成功試爆！

  在半徑30公里的範圍內，強烈的光芒猶如上千顆太陽般耀眼奪目，目之所及全被照亮。

  隨後，一個直徑超過300米的火球緩緩升起，從金色、紫色、紫羅蘭色、灰色，最終變為藍色。

  十幾秒後，火球轉變成一個高達12公里的蘑菇雲，那是原子彈的典型標誌。

  奧本海默看見那無盡的光和熱，忍不住說道：

  「我現在變成了死亡，世界的毀滅者。」

  「媽的，現在我們都成了狗娘養的。」

  費米冷靜地說道：

  「無論如何，這畢竟是物理學上的一個傑出成就。」

  費曼不語，只是伸出手，感受著風的悸動。

  「九九成，稀罕物哦不對，是九級風，2萬噸。」

  據說他僅根據風的強度和方向，就準確地判斷出了爆炸的當量。

  當然，吹牛逼的嫌疑很大。

  「三一」實驗遠超預期，證明了槍式原子彈的可行性，也標誌著人類文明正式進入核威懾時代。

  1945年8月6日8點16分，美國向櫻族廣島市投擲【小男孩】，完成人類歷史上第一次原子彈實戰。

  但櫻族沒有恐懼，反而負隅頑抗，高層謊稱是隕石襲擊，號召群眾不要慌。

  三天之後，1945年8月9日11點02分，美國再次向櫻族長崎市投擲【胖子】，完成人類歷史第二次原子彈實戰。

  櫻族天皇頓時嚇尿，不敢玉碎瓦全，立刻宣布無條件投降。

  因為軍方高層對他說：美國還有能力再造出10枚原子彈。

  兩次原子彈攻擊，一共造成櫻族幾十萬人死亡，毀壞建築無數，打擊了其囂張氣焰。

  當愛因斯坦聽到這個消息後，徹底崩潰了。

  「如果我知道德國人不會成功研發出原子彈，那麼我什麼都不會做。」

  有人可能奇怪：

  「為什麼整個曼哈頓計劃中沒有愛因斯坦的身影呢？」

  作為當世第一科學大佬，怎麼也得混個顧問吧。

  這是因為美國軍方評估愛因斯坦的精神狀態後，認定他是「極端激進分子」。

  用後世的話說，就是「偏執狂」。

  愛因斯坦很有可能在最後一刻，偷偷損壞原子彈。

  不過，理論部的那些科學家們還是做出了類似的事情。

  有不少人害怕美國擁有原子彈之後，稱霸世界，一家獨大。

  於是，他們將內爆式原子彈的設計資料偷偷通過間諜提供給了蘇聯。

  企圖用兩者平衡來遏制美國的野心。

  所以，後來蘇聯試爆的第一顆原子彈，其參數幾乎和【胖子】一樣。

  當然，人家是肯定不會承認的。

  很快，人類在核武器的研究上堪稱一路狂飆。

  曾經被視若終極武器的原子彈，竟然變成了核武器家族中的墊底小弟。

  （還有更新耶）