製造一枚氫彈究竟有多難?

軍情諜報| 2016-01-10| 檢舉

原文: Akshat Rathi

在世界上沒有什麼技術像氫彈技術這樣能在如此長的時間裡只掌握在少數國家手中。之所以會這樣,最有可能的原因是:它實在太難造了!

自從美國第一次氫彈試驗成功已經過去60年有餘,而至今也只有四個國家(俄羅斯,法國,中國和英國)能夠獨立製造一枚這樣的武器。近期朝鮮宣布自己的氫彈試驗成功,但是你目前完全可以將金正恩的吹噓拋之腦後。

除上述國家之外,少部分國家,例如印度、巴基斯坦、南非、以色列以及朝鮮可以製造較為簡單的核武器:原子彈。但是,在世界上沒有什麼技術像氫彈技術能在如此長的時間裡只掌握在少數國家手中,這是什麼原因呢?

也許是因為美國和俄羅斯之間的冷戰威懾了一些國家不願加入到這場惡鬥之中---不過,印度和巴基斯坦並沒有因此止步;也許是因為冷戰之後的核不擴散遊說集團確實說服了一些國家,讓他們認為自己並不需要核武器(例如南非,在1991年就放棄了這一武器)---但是伊朗和朝鮮仍然在不停嘗試研發核武器。

所以英國倫敦國王學院的核武器專家Robert Downes告訴Quartz,最有可能的原因就是這實在是太難了。讓我們從製造核武器的一些基本點開始看一看為什麼製造氫彈如此困難。

首先要製造燃料

核武器利用的是「強大的核力」,核力將帶正電的質子圍聚在原子核的周圍。雖然其是短程力,但是力量非常強,大概是引力的100萬萬萬億倍左右,所以可以輕而易舉地克服正電荷之間的排斥力。(為了對比,你可以想像如果要把兩塊強磁體的北極放在一起是多麼困難。)

核武器有兩種,他們或是通過將大原子分裂(原子彈中的核裂變)或是將兩個原子聚合成新原子(熱核炸彈,亦即氫彈中的核融合)來產生強大的核力,兩種反應過程都會釋放巨大的能量。太陽以及其他許多星體都是類似的大型聚變反應堆。

製造核武器的第一個障礙是找到核燃料。僅有極少數種類的原子可以滿足製造所要求的大小和數量。裂變式原子彈用到的元素通常是鈾或鈽,或者是核聚變武器所需的是氘氚混合(它們都是氫的罕見同位素)。

鈾-235

想要收集到能製造核武器級別的鈾並不容易。首先需要對不穩定的鈾-235進行濃縮,它大概只占天然鈾的1%左右。(占其餘99%的鈾-238因為裂變困難並不能用於製作核武器)。想要分離這兩種同位素(基本完全一致,僅重量有差別)並不容易,需要消耗很多能量。製作第一枚原子彈時,當時的濃縮鈾工廠占地超過40英畝,管道長度超過100英里(161公里),並動用了數千部加熱器和壓縮機,將金屬鈾轉換成氣態以便於分離同位素。

美國的第一顆氫彈

而想要獲得氚(氫的一種同位素Tritium;符號:T3H)就更不容易了,因為基本上就沒有天然的氚,必須經過合成,而這必須要在專門設計的反應堆中才能夠完成,而反應堆本身修建也相當困難,修建完成之後,一次也只能生產極少數量的氚。

所以很多國家都沒能搜集到足夠的核燃料來製作核彈,以伊朗為例,它一直未能生產出足夠的濃縮鈾-235來啟動整個核武器製造過程。2015簽訂的伊核協議規定,伊朗必須將其擁有的低濃縮鈾全部運往俄羅斯。

然後是創造一個迷你太陽

有了足夠的燃料就可以開始生產基本的核武器了,下一步是需要創造一個可以引發核連鎖反應的條件。

在核裂變類型的武器中,當一個鈾-235原子裂變後,產生兩個中子,如果每個中子都撞擊了另外一個鈾-235原子,它們同樣也會裂變釋放另外的中子,如此連續下去。這種情況只有在某一空間中鈾-235足夠多的情況下才會發生(即臨界質量),因為這樣才能使每一個中子都有很高几率能撞擊到其他的鈾-235原子。

在你有了足夠的鈾-235之後,創造臨界質量就成了相對簡單的事。你要做的就是在引爆核彈的時候將兩小堆鈾高速撞擊在一起。

而核聚變武器就複雜得多。它所要求的條件跟太陽內部環境類似:極高的溫度和壓力,是我們在地球上感受到的數百萬倍。而核燃料需要在這樣的環境下持續足夠久的時間才會發生聚變。

雖然技術細節都屬於機密,但是要創造類似太陽這樣的環境,首先需要進行一次核裂變爆炸。換句話說,為了引爆氫彈你必須先製造一枚原子彈,但是後者的破壞性是原子彈的數千倍。

沙皇氫彈(Tsar Bomba)

迄今最大的一次氫彈爆炸實驗是1961年的沙皇氫彈(Tsar Bomba),其威力比用在廣島的原子彈大上3000多倍。當其在俄羅斯偏遠地區進行實驗時,爆炸範圍100公里以內的任何人都會因其釋放的輻射遭受三級燒傷。實驗後有人發現,其衝擊波震壞了900公里遠的窗玻璃。相當於,如果爆炸在柏林發生,它可以震壞倫敦的窗玻璃。

沙皇氫彈(Tsar Bomba)威力說明

擊中目標

但是今天製造一枚如此大小的氫彈已經毫無意義了,1945年8月在廣島投下的原子彈重量是4400公斤,而沙皇氫彈重量是27000公斤。這種類型的炸彈只能通過專門設計的轟炸機來運輸。以今天的防空技術,在核武器部署之前這樣的飛機就已經被擊落了。

1945年8月在廣島投下的原子彈小男孩(Little Boy)

所以今日對於核武器的要求是它們要足夠的小,能用飛彈運載,這讓新式核武器的設計更加地困難。

印度聲稱已經試驗了一種熱核裝置,但是對其聲明仍然存有爭議。倫敦國王學院的核物理專家Bhupendra Jasani表示,類似印度、巴基斯坦這樣的國家可能根本不是在製造氫彈,他們可能不過只是在製造升級版的原子彈。

這種武器是通過將核燃料的利用率提高以達到更大的殺傷力,雖然在廣島投放的原子彈毀滅性是如此之強,其不過僅僅利用了其中的1.4%的鈾。提高核燃料利用率的一種辦法是將一些聚變燃料放在原子彈的核心位置。這種氘和氚的混合物通過壓縮產生聚變反應,這就能生成更多的中子,從而提高裂變武器的鏈式反應。換句話說就是,利用一個原子彈來引爆一個小型氫彈從而達到提高原子彈威力的作用。

因而Jasani認為朝鮮所宣稱的「氫彈」實驗不過只是一次加強型原子彈的實驗。測震儀的讀數顯示朝鮮所測試的炸彈強度是原子彈可以達到的指標,而不是氫彈通常會達到的數值。

所以如何解讀金正恩要對外宣布這是一枚氫彈呢?你可以從朝鮮在核試驗後發布的一份吸人眼球的新聞稿中找到線索。

「針對以龐大的各種核殺人武器虎視眈眈窺伺侵略機會的侵略元兇美國,朝鮮掌握氫彈,是主權國家合法的自衛權利,不容任何人議論的堂堂正正的措施。」

金正恩想做的不過只是提升他自己的形象,並且告訴他的人民們他正在竭盡全力保護他們免受外部邪惡勢力的危害。並且,即便他沒有氫彈,朝鮮自2006年起已經進行了4次核武器實驗,這一事實也足以令人擔憂。

(翻譯:鮑玉菡;編輯:張潔華)

文章來源: https://www.twgreatdaily.com/cat35/node837611

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