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2 # 大咖要說話
為什麼氫彈的當量可以做得很大,而原子彈當量有限制?
現代的核武器分為兩種,一種以核聚變為原理的氫彈。一種是以核裂變為原理的原子彈。
無論是哪種形式的核武器都是基於這兩種原理研發出來的。
氫彈的威力要比原子彈大,這是肯定的。同等質量的核物質,核聚變所釋放的能量要比核裂變所釋放的能量要大得多。
氫彈的威力似乎可以做得無限大,只要提高裝藥量即可。如果技術可以,幾乎想做多大都可以,所以氫彈能獲得非常大的威力,這是原子彈所不能比擬的。
氫彈的當量一般為幾十萬噸到幾千萬噸TNT,而原子彈的當量大都只有幾百到幾萬噸,最大的也只有幾十萬噸。之所以兩種核彈的當量差距很大,與其原理有關。
核力把質子和中子結合在一起形成原子核(除了氕之外),其穩定效能與比結合能有關,比結合能越高的原子核越穩定。從1號元素氫到26號元素鐵,元素原子核的比結合能逐漸升高,在鐵那裡達到極大值。隨著質子數的進一步增加,比結合能又隨之下降。
對於26號之前的元素,它們發生核聚變之後會釋放出能量。而對於26號之後的元素,它們發生核裂變之後會釋放出能量。因此,比結合能最低的氫適合用於製造氫彈,而比結合能較低的鈾、鈽適合用於製造原子彈。
為了製造出原子彈,需要高濃度的鈾-235、鈽-239。然而,當這些核裂變物質聚集在一起達到臨界質量(鈾-235為52公斤,鈽-239為10公斤)之時,它們就有可能自發進行核裂變反應,從而發生自爆。正因為如此,原子彈的當量將會受到限制,不可能無限做大,最高當量一般只有幾十萬噸TNT。
相比之下,氫彈不存在臨界質量的問題。要知道,恆星的發熱原理就是氫核聚變,而恆星的質量及其龐大,例如,太陽的質量達到了2000億億億噸,超過地球質量的33萬倍,而宇宙中還有比太陽質量更高上百倍的大質量恆星。因此,氫彈可以做得非常大,最高的當量可達5000萬噸TNT。不過,氫彈裡面還包含原子彈,因為需要原子彈爆炸釋放出足夠高的能量才能引爆氫彈。
在所有元素中,氫的比結合能最低,比鈾和鈽低得多。氫聚變成氦之後,兩者的比結合能相差將近6兆電子伏。而鈾裂變成較輕的原子核之後,比結合能相差不到1兆電子伏。因此,在相同的質量下,氫彈爆炸所釋放出的能量遠高於原子彈。