原子弹研发原理基础

2023-07-07 12:56 综合百科 0阅读 投稿:小七

阿尔伯特爱因斯坦毫无疑问是近现代以来人类社会诞生的最伟大的科学家。而早在1905年,爱因斯坦便提出了伟大的质能方程,质能方程的推出对原子弹的研究起到了巨大的理论引导作用。而原子弹的爆炸原理就是在建立在质能转换守恒的基础之上的。原子弹爆炸之所以能够产生巨大的杀伤力主要跟3个科学原理有关,分别是质能守恒定理和重核裂变,以及链式反应。

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阿尔伯特·爱因斯坦

质能方程就是一个描述质量和能量之间关系的方程式,关于这个方程式的由来,就不细讲了,因为可能一本书都未必能完全从头讲到尾并将之说的明明白白。大致上就是由于牛顿的经典物理学是在一个理想状态下可以成立,但是当通过观测光的速度时,牛顿的经典力学的力的作用便不成立,而爱因斯坦则通过假设光的速度不受参照系的影响,且是恒定不变时,竟然通过一系列复杂的计算后,最终竟然得到了这个质能转换方程。

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质能方程

在特定的情况下,物质的质量能够转换成能量,这也使得一些具有原子核衰变的放射性物质如铀235、钚239等在受到中子轰击后,能够分裂出中子以及比其更轻的原子,而在此分裂过程中会释放或者说损失质量,这些损失的质量就以能量的方式发散出去。而这个过程就是重核裂变,这需要放射性物质达到一定的温度,并压缩在一定的体积中,这样在周遭发生爆炸产生巨大的压力和能量时,就能对致密的放射性重元素的物理结构形成破坏,从而达到重核裂变的目的和效果。

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铀235的重核裂变

而原子弹需要大量的高浓度的放射性物质才能释放出更多的能量,从而造成更加强大的破坏力。而链式反应就是指重核裂变具有类似于多米诺骨牌效应的连锁反应那样,可以使得原子弹内的核装料不停发生裂变反应,直至所有的反应材料耗尽。在重核裂变过程中,一个重原子核会分裂成其他轻元素的原子核以及3个中子,而这3个中子会继续去轰击其他的重原子核,使其继续分裂,直至所有重原子核都完成反应。打个不算太恰当的比方吧,就好比你去夜市大排档里吃小龙虾,小龙虾好吃你就会多喝啤酒,而你最终吃了多少小龙虾,就会不停的喝掉相应的啤酒。

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铀235核裂变的链式反应

原子弹的爆炸机制和原理并不十分的难,但是世界上真正能够造出原子弹的截至目前为止还不超过10个,除了联合国常任理事国以外,还有印度、巴基斯坦、朝鲜拥有核武器。当然如果没有限制放开手脚来造的话,德国、以色列、日本等一些国家所具有的强大的工业制造水平完全能够造出核武器。其实核武器的制造最难的还是对核燃料的获取,要知道放射性物质在全世界范围内都是十分稀少和珍贵的,而原子弹爆炸需要的核燃料是大量的高浓度的放射性元素,这个对很多国家来说都是很难弄到的。

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日本核电站众多,核能从民用到军用仅仅一步之遥

前面提到放射性物质是稀少和珍贵的,之所以称其为珍贵,就是因为核能可以用来发电,并且会产生任何污染气体。现在由于各个主要大国都拥有核威慑,所以轻易不会爆发世界大战,而现如今原子能的应用更多的是作为供电等能源领域的开发,这对人类来说是极大的利好,未来清洁核能的研究还会取得越来越多的进展,人类文明如果想要开发其他星球作为新的栖息地,那么在找到那些合适的定居点时,核动力的宇宙飞行器的应用也将是必不可少的。

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俄罗斯核动力太空飞船模型

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