核武器的物理原理其实并不复杂,我们在高中就学到了链式反应。但是防止核武器扩散的壁垒,在于分离差异只有1%的两个同位素。
参考资料 NRC 等
编译 七君
铀这个元素是德国化学家马丁·克拉普罗特(Martin Heinrich Klaproth)在1789年发现的,人类对它的认识只有230年的历史。一开始大家没把它当回事儿。直到1938年,铀的暗黑潜质才被发掘。
是这样的,天然的铀矿含有铀的2个同位素:铀235(92个质子,143个中子)和铀238(92个质子,146个中子)。
铀235(左)和铀238(右)示意图
拿来造核弹的是铀235,因为它在裂变的过程中会释放出2个中子。而铀235是一种奇怪的元素,它和其他元素,以及弟弟铀238有点不一样,它即使吸收了低能中子,也会发生裂变,爆发小宇宙。因此只要有少量铀235在裂变,别的铀235也会跟风裂变,这就是链式反应。
铀235的链式反应
@Uchichago magazine
链式反应维持在临界状态(无限介质增殖系数 k∞ = 1),也就是说一代代释放出来的中子数保持稳定,就能温和地释放能量,这就是核电站的原理;如果链式反应超临界(无限介质增殖系数 k∞ > 1),一代代释放出的中子数不断增长,那么就能造核武了。这个中学物理课也会上。
1941年,美籍意大利裔物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)用了一点点铀235制造出了史上第一次链式反应。