如何制造原子弹！如何制造原子弹！原子弹是利用铀和钚等较容易裂变的重原子核在核裂变瞬间可以发出巨大能量的原理而发生爆炸的

如何制造原子弹！

原子弹是利用铀和钚等较容易裂变的重原子核在核裂变瞬间可以发出巨大能量的原理而发生爆炸的[1]。铀-235和钚-239此类重原子核在中子的轰击后，通常会分裂变成两个中等质量的核[1]，同时再放出2到3个中子和200兆电子伏的能量[1]。在裂变中放出的中子，一些在裂变系统中损耗了，而一些则继续进行重核裂变（继续轰击重原子核）反应[1]。只要在每一次的核裂变中所裂变出的中子数平均多余一个（即中子的增值系数大于1），那么核裂变即可以继续进行，一次一次的反应后，裂变出的中子总数以指数形式增长[1]，而产生的能量也随之剧增。如果不加控制，最终，这个裂变系统会变为一个距离的链式裂变反应[1]。在此类重核裂变反应中，系统可以在极短的时间内释放出大量的能量[2]。当“下一代”中子数定位两个时，在不到一微秒的时间内，一千克的铀或钚中会有24个原子核发生裂变反应[1]，而就在这不到一微秒的时间内，此反应所产生出能量相当于2万吨TNT当量[1]。这也是原子弹那极具破坏性威力的来源。而在原子弹的实际使用及爆炸中，需要提高爆炸的威力，为了利用“快中子裂变体系”，需要使用高浓度的裂变物质作为装药[3]，同时装药量必须远远超过临界质量，使得中子的增值系数远远大于一[3]。

原子弹的基本原理（上）最近朝鲜又进行了一次成功的地下核试验，核武器又一次引起世人的关注。其实，核武器的基本原理说起来并不难，一个普通中学生就能说得头头是道。我上初中那会还有民防课，上课时介绍过相关知识。不过现在据说已经没有这门课程了，唉！中国的教育制度真是……国防教育应该从娃娃抓起。朝鲜这次核试验毫无疑问是原子弹，我们通常所说的核武器其实是核武器的战斗部，军事上所说的核武器还包括投送的工具以及指挥系统。下面我就介绍一下原子弹的基本原理。原子弹是利用重核裂变瞬间释放出巨大能量，引起杀伤破坏的武器。原子弹里用于裂变的材料是铀或钚两种元素的同位素——铀-235或钚-239，它们的原子核在接受到一个中子后，就会分裂成大小、重量差不多的两个原子核，同时释放出约200MeV的能量。举例来说，铀裂变有时产生氪（36号元素）和钡（56号元素），反应方程式为：235U+n—→236U—→140Ba+93Kr+3n。这个能量差不多能使你肉眼能看到的最小的沙粒跳一下了。相比之下一个碳原子燃烧产生的能量只有4.1eV，仅是裂变能量的5千万分之一。

这只是一个原子裂变放出的能量，学过化学的人都知道，1摩尔铀-235里面有6.02×1023个原子，也就是超过6千万亿亿个铀原子，总重235克。铀的比重和黄金差不多，所以1摩尔的铀也就和250克的金条差不多大，可以放在手心里。这些原子如果全部裂变的话，能量相当惊人，差不多相当于600吨煤完全燃烧所释放的能量。1kg的铀-235或钚-239完全裂变，释放出的能量大约等于2万吨烈性的TNT炸药爆炸的威力。铀-235的原子核裂变时，还会放出中子，有时一个也没有，有时能达到6个，平均有2.5个。这就是说，一个中子引起的核裂变，会放出2.5个中子。而这些中子又会引起周围原子核的裂变，于是就会象雪崩一样引起一连串的原子核裂变，这个过程就叫链式反应。但是这些中子未必都会引起新的裂变，譬如由于原子核十分微小，所以中子不一定能接触到铀核，如果铀块不够大的话，有些中子就会飞出铀块，不能引起新的裂变。当然，铀块中的杂质也会吸收中子，使新的裂变不能进行。能使裂变材料的链式反应能持续进行的最小的体积称之为临界体积，这时它的质量成为临界质量。临界质量和裂变材料的种类、纯度、密度以及几何形状密切相关，如果材料包裹以中子反射材料的话，还可以降低临界质量。据网上说一般球形纯铀-235的临界质量约为50kg，δ相钚-239则为15～16kg；而加装中子反射材料后，铀-235的临界质量只有15kg了，而δ相钚-239则只有10～11kg了。之所以材料加工成球形，是因为体积一定时，球形表面积最小，中子泄漏也就减少了。

原子弹的基本原理（下）钚比起铀来，具有更小的临界质量，因此可以实现核武器小型化。由于天然铀当中，铀-235只有0.7%，而制造原子弹必须要使用浓度达到90%以上的铀-235。所以提炼铀-235绝非易事，一般提炼铀-235是先将矿石加工成含铀75%的“黄饼”（1000吨矿石仅能生产1.2～1.5吨黄饼），再提纯制得高纯度的二氧化铀，最后制造成气体六氟化铀（UF6，室温下是固体，65℃时升华）。然后再通过气体扩散法、电磁分离法、喷嘴分离法以及最新的激光分离法等等提取制备出高浓度的铀-235。而制备钚-239的则要简单一些，一般用化学分离法，现在也用离子交换树脂来实现铀和钚的分离。因此，事实上原子弹更多采用钚-239做为裂变材料。原子弹就是将亚临界状态的裂变材料变成超临界状态，同时提供一些中子，使裂变链式反应能持续进行，从而发出巨大的能量。有两种实现的方法，即枪法和内爆法。枪法，顾名思义就是象打枪一样，利用普通炸药爆炸，把一块亚临界状态的铀迅速射向另一块，两块铀结合在一起质量就超过了临界质量。这很象是铀块的互相射击。事实上，铀块外还包有中子反射层，原子弹内部还有导向槽保证铀块能准确射到另一块。这种原子弹制造技术简单，1945年8月6日美国投掷在广岛的原子弹“小男孩”就是这种。用于技术简单，连核试验都没做，直接就使用了。但是，这种原子弹的核材料利用率很低，“小男孩”用了超过60kg的铀，爆炸的TNT当量为1.4～1.5万吨，利用率仅为1.2%，现在通过技术改进利用率也仅能达到10%左右。另外，钚-239不能用枪法，因为钚更容易裂变，使用枪法会造成点火过早，一些钚裂变产生的热量会使材料膨胀而达不到临界状态。

内爆法是利用普通炸药爆炸产生的冲击波，压缩裂变材料，使材料密度增加。这样单位体积内的原子核数量增加，和中子碰撞的概率也就增加；而且压缩后表面积减小，中子泄漏也就减少了。一般普通炸药是多点起爆，造成向内汇聚的球面波，这样能将核材料压成密度尽可能高的球形，使材料达到超临界状态。但这多点同时起爆控制很难，比如雷管的控制，起爆点是否够密集，多点炸药的密度是否均匀，结构部件加工的误差等等。因此制造原子弹绝对是对一个国家的综合考验。使用内爆法的好处是能提高材料的利用率，一开始这种原子弹的核材料利用率为10%左右，现在通过技术改进已能达到20%以上了。1945年美国第一次核试验（也是人类的首次核试验）使用的就是这种原子弹，后来投掷到长崎的原子弹“胖子”也是这种。

值得一提得是，我国的第一颗原子弹就是内爆法原子弹，而且我国使用的核材料是生产难度大的铀-235，而且还是在较短时间内研制的，这绝对令国人感到自豪。其实，不管是哪种原子弹，都有两次爆炸点火过程，先是雷管引爆普通炸药，利用这次爆炸的能量使核材料达到超临界状态，再是超临界状态下中子点火，引起核爆炸。这两步虽然很短暂，但步骤分明。由于存在临界质量的问题，原子弹中核材料不可能太多，否则不便于制造、保存和运输。如果在原子弹中加入一些诸如氘化锂-6等聚变材料，利用原子弹爆炸产生的高温以及中子促使聚变材料发生聚变反应，就可以进一步提高原子弹的威力，这就叫加强型原子弹。加强型原子弹中有氢弹的影子，但是聚变产生的能量很小，不像氢弹那样主要靠聚变产生能量。

制造原子弹首先要有强大的核工业基础，否则就没有核材料，更谈不上制造原子弹了。有了核材料，还必须解决一系列的科学、工程技术问题。在研制的过程中有可以促进科技、工程、新材料等的发展。因此原子弹的研制成功，是一个国家科技实力和综合国力的象征，难怪朝鲜如此不遗余力的制造原子弹了。

浓缩铀，指经过同位素提炼后，铀235含量超过90%的铀金属，与其相对的是贫化铀。

不论是和平利用核能，还是为制造核武器，浓缩铀都是必要的。因此，国际原子能机构希望能够控制全球各国所有铀浓缩活动，以防止核武器扩散。

浓缩铀根据铀235含量的不同，可以分为高浓缩铀（HEU）（20%以上），低浓缩铀（LEU）（2%-20%）和微浓缩铀（SEU）（0.9%-2%）。铀235含量超过85%则被称为武器级浓缩铀，可直接用于制造原子弹。

原文来自: 中国杂学网(www.zaxue.com) 详细地址：zaxue.com/article/1/2…

是利用铀和钚等较容易裂变的重原子核在核裂变瞬间可以发出巨大能量的原理而发生爆炸的[1]。铀-235和钚-239此类重原子核在中子的轰击后，通常会分裂变成两个中等质量的核[1]，同时再放出2到3个中子和200兆电子伏的能量[1]。在裂变中放出的中子，一些在裂变系统中损耗了，而一些则继续进行重核裂变（继续轰击重原子核）反应[1]。只要在每一次的核裂变中所裂变出的中子数平均多余一个（即中子的增值系数大于1），那么核裂变即可以继续进行，一次一次的反应后，裂变出的中子总数以指数形式增长[1]，而产生的能量也随之剧增。如果不加控制，最终，这个裂变系统会变为一个距离的链式裂变反应[1]。在此类重核裂变反应中，系统可以在极短的时间内释放出大量的能量[2]。当“下一代”中子数定位两个时，在不到一微秒的时间内，一千克的铀或钚中会有24个原子核发生裂变反应[1]，而就在这不到一微秒的时间内，此反应所产生出能量相当于2万吨TNT当量[1]。这也是原子弹那极具破坏性威力的来源。而在原子弹的实际使用及爆炸中，需要提高爆炸的威力，为了利用“快中子裂变体系”，需要使用高浓度的裂变物质作为装药[3]，同时装药量必须远远超过临界质量，使得中子的增值系数远远大于一[3]。

浓缩铀，指经过同位素提炼后，铀235含量超过90%的铀金属，与其相对的是贫化铀。

不论是和平利用核能，还是为制造核武器，浓缩铀都是必要的。因此，国际原子能机构希望能够控制全球各国所有铀浓缩活动，以防止核武器扩散。

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 			3 20:26 第1楼

浓缩铀，指经过同位素提炼后，铀235含量超过90%的铀金属，与其相对的是贫化铀。

不论是和平利用核能，还是为制造核武器，浓缩铀都是必要的。因此，国际原子能机构希望能够控制全球各国所有铀浓缩活动，以防止核武器扩散。

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  原子弹的理论本身其实很简单：只要你拿到两堆正确的物质（通常是铀235或钚），然后把它们「紧紧地」放在一起，这样维持一段够长的时间，其它的事情就不必我们操心了，原子弹爆炸的好戏会自然上场。这篇文章的目的，就是告诉你怎样在家里做原子弹。 

  准备工作 
       
  我们大约需要30磅的铀235，体积差不多有一个棒球的大小，再配合一些很容易到手的材料，这种炸弹就能使1/3哩以内任何东西化为乌有；2/3哩以内的东西严重受损；在1.25哩半径内的人都会受到致命的辐射线；辐射尘随风飘扬，能使40哩内的人都致病。如果它在纽约市引爆，大概有25万人会死亡，还有40万人会受伤。这种效果恐怖份子应该会很满意；这种原子弹甚至在战场上也都能派上用场。 
  不过，要提醒各位：铀235的分量不要超过45磅，因为对这样多的铀，其引爆的技巧相当困难，单凭业余的机械工匠，大概是无法适时且有效地把这些东西凑在一起。很有可能你还没做一半，它就在你面前爆炸了，那可就真伤感情。我个人的偏好是用36磅或37磅的铀235，因为这样效果不差，而且，如果设计上出点小差错，也不致于有太严重的后果。 
  一旦把足够的材料紧聚在一起，我们最棘手的技术就是得使它们能紧聚在一起维持约半秒钟，这半秒钟的延迟就是技术上最主要的问题。原因是这样短的时间，当这两堆物质靠太近时，会发生剧烈的反应而产生大量的能量，在瞬间（比一秒钟小很多）迫使这两堆物质分开。这样的结果和爆竹的效果差不多，几百年来根本做不到这回事。对一个稍有「自尊」的恐怖份子而言，是不会以此为满足的，对吗？所以，当务之急就是要设计出一套办法，使两堆铀235能聚得久一点，好让一些比较惊人的「大事」发生。 
  如果你这位恐怖份子有栋两层楼房（含地下室）、两根火药、15包水泥、20立方码的沙石，那么大约只要一个礼拜就可以完工了。全部的费用，除去房租不算，大概只要3，000美元就够了。最后的问题是怎样把铀235或钚弄到手，这留待后面再谈。 

  开始动工

  准备妥当后，第一件事就是把分批弄来的铀235分成二等分，用一对半球容器装起来，你或可用乙炔喷灯（Acetylene Torch）来作。铀的熔点是414.2℃，而乙炔喷灯的燃点是526.4℃，因此理论土来说，乙炔喷灯足以熔化铀235。也许你应该用几十块耐火砖作个窑，加上一个风箱，效果会此较好；不过，如果你有耐心再加上一些运气（因为铀这东西燃烧会爆炸），乙炔喷灯应该是够用的了。 
  铀熔成液体后，流到半球状的洼槽（制陶瓷用的耐火泥就可派上用场），则第一个半球型做好冷却了，再移开做第二个。有件事要注意：这时候，在这区域附近不能有人。因为，铀有对人不利的特性。如果铀熔化时你就在现场，那么，你总会吸进一点，嘿嘿……，其结果不是说你会少活几年，而是你只剩下几个钟头好活了！ 
  如果你这个恐怖份子确能置个人生死于度外，那当然就不必计较这些了，否则我建议你采用自动控制装置。当铀熔化时，和它相隔50码，再用5吨铅隔离，这样应该足够安全了。将铀235分成两堆的工作完成后，你就应分别用铅箱装好。再从二楼挖个洞通到地下室，用一对黑铁管接起来，使总长约20英尺，水泥敷于管外可能稍好，不过如果地板够坚实，而且房子是建在岩石上，也可以不必这么麻烦。在放下管子之前，先把装铀的半球形容器的平面朝上放在水泥上，再把管子放置妥当，原子弹就已完工一半了。为了不使铀散逸，地下室应该用沙、石、水泥和水混合填好，但因为这只要用一次就达到目的了，做得不太好看也无所谓。真正要注意的是，管子外面有足够的阻挡力量，使原子弹在爆炸前铀不致漏出。其实只要半液体状的沙泥混合物，就足以担当大任了。如此这般，原子弹的接收部分就完工了。 
  引爆部分比较难做，构想之一是将另一个半球容器放在管子的上端，引爆时，让它倒向下面的接收部分就可以了。原理上虽很简单，但有些技术上的困难不易解决，比如说，如果引爆用的半球容器放歪了一点，它就会沿着管子滑下来，这样你想成为恐怖份子的美梦就落空了，因为这种死法不会让人觉得恐怖，只会成为茶余饭后的笑料罢了。 
  目前最简单而有效的设计，可能是把一个细线织成的罩子（就像夏天防苍蝇的那种），放在管子的上端，再塞进管内，留约3～4英寸在出来的管子上。若要使连接的部分更牢，可以在此部分钻几个洞，把铁钉插进去。然后拿3～5英尺不锈钢管，里面装熔化的铅，将引爆的半球容器安在铅底座中一个吻合的凹槽里；另一根铁棍则凿入管子的另一端约一英尺，这装置总重量是80～95磅。 
  最后，把有螺纹的盖子套在管子上头，等到它能旋得松紧自如时，再将它拿下来，在它上面钻一个洞，使能容得下引爆的装置杆；装置杆则留下6～8英寸，杆上并恰留钻一个钉孔。将各种大小不同的钉子试着去配合，最恰当的大小是能合于整个引爆装置（当然，试着配合时暂不在接受管上端作，以免危险）。然后，将TNT或炸药涂在一个碟子上（最好是咖啡壶中过滤器的底座），再塞进去，并插进一两个雷管。这放在引爆装置杆的四周，再由一两条引线连出来到外面，然后把它旋紧，原子弹就大功告成了。剩下的工作只是把引线接到定时器上，再把下端的安全针拔掉，然后离开这城市，约12小时后，这城市就离开这个世界了。 
  定时器一旦引爆，其力量足使另一个安全针脱落，引爆装置就掉到接收部分去，即使不考虑爆炸产生的加速度，光是重力就足使95磅的物体由2楼落下产生8×10的十次方耳格／秒的动能。把爆炸所生的冲力考虑进去，则接触点有10的十二次方耳格／秒的动能，可使两个半球容器接触的时间够长，而产生令人满意的效果。 

  防辐设备 
       
  为了要将所有重要的步骤交代清楚，应该再将几个小问题说明一下。例如，前文曾经简略地谈到，用乙炔喷灯时要考虑铀有发火燃烧的可能性。其实，应该说整个机械操作都要在「乳状液槽」中进行。对不太熟悉机械技术操作的人而言，所谓乳状液就是一种看来像牛乳一样的液体，和油有许多相似之处，可是不会发火燃烧。这种乳状液在一般机械工厂供货商处都很容易买到，而且不会有人问你买这种东西干什么？用了这种乳状液，可以使危险降到最低程度。事实上，若我们要溶解铀或对铀作机械处理，最好在纯氮气中才安全。可是如果你够小心，而且运气又好的话，那么也不必用这种极端安全的方法。 
  辐射的问题是比较麻烦的一点，镭的辐射量和重量成正比，但铀的辐射量和重量却是成指数关系（也是这种性质使它具有爆炸性）。因为每个半球所装的质量都超过了临界值的一半，所以和它们同在一间房子里非常地危险。只吸进去一点点含放射性尘埃的空气，就意味着你马上要离开这个世界。因此我建议所有的工作人员应有其它的氧气供应，每人口中含个氧气管或者可解决这个问题。但要通盘解决辐射的问题可能比较麻烦，不过只要有决心，加上智能和运气，这问题还是可以克服的。 
  我还要建议采用一种用铅作成外壳而且有动力的轮椅，让操作员坐在里面可以安全地作业。上面只要开个小缝，用铅作的玻璃当窗户，操作员就可以看到外面。铅作的袖子和手套，可以用来作一些需要和铀碰触的机械动作。为了防止辐射外逸，整栋房子的墙壁、地板都需覆盖上一层铅；地下室的天花板也要加上一层铅板，以免接收部分产生辐射的问题。算起来起码要用上6～8吨的铅，以维持基本的安全问题。这么一来，又得多花工夫支撑地板，免得垮下来。这些工作都作好了，就可以开始动手制造原子弹。 
       
  如果你想做一道「红烧兔子」大餐，打开食谱第一步就是要抓一只兔子来！同理，现在你也会问：「怎样把铀235弄到手？」（铀235通常此钚容易拿到。）其实，你只要平时注意看报纸，应该不难知道，核能发电厂里就有。只要由电厂里偷根控制棒出来，把它熔了，再把其中没有用的铀238分离出来就成了。 
  要潜入一个核子反应炉，说起来并不是什么太难的事，尤其大学校园中的核子反应炉，都只有些马马虎虎的安全设施。一般设施就是些带刺铁丝网围墙，门口站了一两个警卫。事前可以作出误闯的样子来几次投石问路，看看有没有什么电子安全装置，大概结果都是根本没有的。可是我们偷偷摸摸的潜进去并没有什么用，因为铀非常的重，不要讲是一个人，就算是一队人马开进去，也搬不到足够的分量出来。尤其这批人马又身穿铅甲以防辐射，就更不管用了。依我之见，干脆偷辆卡车和拖车，干掉警卫，代以自己人，然后就直闯进去拿你要的东西，很干脆，效率又高。 
  不过，反应器都是装在一个镍－铁合金的球状容器里，容器再浸在水中。通常，旁边会有千斤顶，以便修护时用，所以也可以顺便用来把整个反应炉心起出来放到卡车里。不过要注意一件事，搬动反应器时要拔出一些燃料棒，或是插进一些节制棒，否则你和整个反应器都要化为灰烬。建议你或可向当时被你挟制的人质请教这方面的技术，以便搬动炉心。 
  此外，整个反应器重约50吨，加上拖车需要65吨。所以拖车如何拖动65吨的重量，还是颇伤脑筋的。或者，你觉得搬走整个反应器不切实际，也可以只带走约1，200磅的备用燃料棒。不过千万也要带着石墨或铅，免得燃料棒因不断地反应生热而熔化了。如果你忘了这步骤，回家打开盖子，只会看到一堆熔化了的铀，而且四处散射，可能你当场就一命呜呼而遗笑万年。性命事小，这脸可丢不起！所以别忘记拿了1，200磅的燃料棒之后，要和15，000磅的石墨或铅混合。反应器的铀大约含3％的铀235（自然界的铀则只含0.5％的铀235），做原子弹的铀则需要纯度97％的铀235，否则根本不会爆炸。到手的1，200磅燃料棒，可以提炼出所需要的约36磅的铀235，不过要有耐心和经验去分离它。如果你自知无法全部把铀235分离出来，就得多弄点燃料棒。 
  一般说来，以目前的技术，要达到每次增加纯度25％并没有什么问题，所以你最少要弄到4，800磅的燃料棒，若能弄到9，600磅最好。把这些加上去，你总共要带15万磅（75吨）的东西。其次还要找个地方放这些东西，我建议你租间仓库，如用原来那两层楼的建筑来分离铀似乎不太实际，因为这至少需要2万平方呎的面积。 

  分离高招 
       
  下面就要考虑用什么方法来分离铀235。对恐怖份子来说，气体扩散法是好方法之一，这也是早期制造原子弹时所采用的，不但可靠又不必太复杂的技术。不过花费较多，而且所用的化学药品更是吓人。
  首先，你要有约12哩长的特殊玻璃线钢管，并以60吨的氢氟酸（HF）形成六氟化铀，然后吹向一具有特殊小孔的膜。因为六氟化铀238较重，在经过这层膜时会被陷住而不易透过。每过一次可使铀235的成分增加0.5％，如此程序只要反复操作，所得六氟化铀235的成分就愈大，最后只要把六氟化铀中的氟分离出来就行了。因为氢氟酸很贵，而且不易取得，所以最好是去偷一点来，要不然就先去偷个几百万美金也行。 
  如果你觉得此路不通，还有其它的办法。你可以在树林里建个滋生反应器（Breeder Reactor），用铀来作钚，再用化学上的技术分离即可。至于如何建滋生反应器，也不是难事，随便一本大学教科书，都可以告诉你好几种方法。虽然在理论上没有困难，但是也有它实际上的难处。不过如果你刚好有私人用的小河，又有几火车的钠，数量可观的不锈钢管，一百亩与外界隔离的土地，那就没有间题。 
  如果对这两种方法你都没有兴趣，还有一些有趣的新技术可供参考。你可以先用一块低温磁铁（Cryogenic Magnet），它在液态氦的温度（约零下270℃）下能保持20，000高斯的磁扬……不过，唔，不过下面的程序太复杂了……
  还有一法是用雷射，因为铀238较重，被激光束照射后，运动的偏离角比铀235小。所以若在和雷射光垂直的平面上洒上一层铀，则铀235、铀238可借其偏离角来分离。此法原理上简单可行，但时间上太慢。一天大概只能处理20磅的铀（含235和238），而分离的效率约12.5％，每处理一次可以产生约10％的铀235，所以要处理9次才能达到原子弹的标准。如此算来，从9，600磅的燃料棒中分离出36磅纯度97％的铀235，约需费时四年。然而，它的辐射量又使你根本没有四年好活，所以还得找三两个志愿者来完成你的未竟之志。因此，若能有愚公移山之志，或可成功，祝你好运！

导弹结构图

三种核弹的工作原理三种核弹的异同　　简单的说，它们的相同之处就在于其破坏威力都来源于某些物质的原子核核能的释放。本世纪初科学家发现原子核中蕴藏着巨大的能量，人们将这种核能释放，并首先用于军事目的，结果促成了核武器的出现；三种核弹的不同之处在于核能释放的方式不同和破坏杀伤的形式不同。核能的释放出现在原子核发生转变的过程中，而这种转变可分为重核裂变和氢核聚变两种方式。　　一般将核裂变武器称为第一代核武器，实际上就是原子弹；将核聚变武器称为第二代核武器，实际上就是氢弹；将以调整和控制核爆炸能为特点的新一代核武器称为第三代核武器，主要包括增强某一破坏因素的核武器，如中子弹、冲击波弹、感生辐射弹、光辐射弹、电磁脉冲弹以及核定向能武器等。作为增强的辐射武器，中子弹是目前世界上唯一已实现生产和部署的一种第三代核武器。　　原子弹　　原子弹是利用原子核裂变反应释放出大量能量的原理制成的一种核武器，核装药一般为钚-239、铀-235。这些物质的原子核在热中子轰击下，分裂为两个或若干个裂片和若干个中子，同时释放出巨大的能量。新产生的中子又去轰击其它原子核，如此连续发展下去，核分裂的数量就会急剧增加，形成链式反应，仅在百分之几秒内就会出现猛烈爆炸，并放出非常大的能量。1公斤铀释放出的能量相当于2万吨梯恩梯炸药爆炸时释放出的能量。　　原子弹装药分为两块，每块都小于临界质量，因此平时不会发生核反应。当引爆装置点燃普通炸药时，将两块装药推挤到一起，整体质量便大于临界质量，在中子的轰击下，产生原子核裂变链式反应，随即出现核爆炸。目前原子弹的威力可达到几万吨到几百万吨梯恩梯当量。　　氢弹　　氢弹是利用轻原子核聚合成较重原子核过程中释放出大量能量的原理制成的核武器。这种核聚变反应要在数千万度高温和超高压条件下才能进行，单位质量所释放出来的能量一般为核裂变反应的4倍以上，能产生更大的破坏作用，通常又称这种聚变反应为热核反应。原子核越轻，所带电荷越少，产生聚变反应所需的能量也越低。因此，一般都用氢的同位素氘、氚和氘化锂等物质作为核装药，故将这种核武器称为氢弹。　　热核反应就是氘和氚的原子核在超高温和超高压的情况下彼此结合成为氦原子核并释放出巨大的能量的过程。为什么用氘化锂也可以进行热核反应呢？这是因为中子打在锂上就会产生氚，同时氘化锂中的氘和氘发生反应也可产生氚和中子。　　氢弹的结构比原子弹复杂得多，它要装一个小型原子弹做引爆装置。小原子弹引爆后释放出中子流并形成超高温、超高压环境，中子流与热核材料作用使氘和氚原子核结合成氦原子核，并释放出巨大能量和新的中子，继而又产生新的聚变反应，如此连续发展下去，直至产生热核爆炸。由于热核材料不受临界质量限制，氢弹可以制成比原子弹威力大得多的核武器。现代氢弹威力可以做到几万吨、几百万吨和几千万吨梯恩梯当量。　　中子弹　　中子弹也是一种利用核材料聚变反应放出巨大能量的原理制成的核武器，因此又被称为特殊的氢弹。由于它是利用轻核聚变时产生的大量高能中子进行杀伤破坏的一种小型核武器，故又被称为以高能中子辐射为主要杀伤力的小型氢弹。　　在中子弹中，引爆用的原子弹更小，只有几百吨梯恩梯当量。这种原子弹是用钚-239制成的，因其比铀装药能释放更多的中子，可使中子弹小型化。中子弹主要核装药是氘和氚的混合物，而不是氘化锂。因为氘和氚聚变反应所放出的中子比裂变反应所放出的中子多得多，而锂可以吸收大部分中子。　　中子弹的外壳一般不用铀-238制作，而是采用铍和铍合金做成，这样高能中子可以自由逸出，同时使放射性污染的范围比较小。中子弹的当量较小，一般威力为1千吨梯恩梯当量，要求引爆用的原子弹更小，使其制造难度增大。中子弹的爆炸能由聚变反应产生，并主要以快中子流的形式向四周释放。它的核辐射效应特别大，因此其正确名称应是增强的辐射武器。　　凡是核武器都具有核辐射、冲击波、光辐射、放射性污染和电磁脉冲等杀伤力，但对三种核弹来说，这五种因素各自体现的比例都是不同的。同时在不同的爆炸方式下，各种杀伤破坏因素在释放的总能量中所占的比例也不完全相同。大体来说，原子弹爆炸时，冲击波和光辐射占能量的85%，其它3种因素占15%；氢弹爆炸时，冲击波和光辐射占能量的65%，其它3种因素占35%；中子弹爆炸时，核辐射和电磁脉冲占能量的70%以上，其它3种因素占30%以下。　　由此可见，氢弹和中子弹虽然都属核聚变武器，但它们的杀伤形式是不同的。氢弹是以冲击波和光辐射为主来杀伤生命和破坏设施的，而中子弹是以中子辐射为主来杀伤生命的，电磁脉冲是随着中子辐射而出现的占能量较小部分的强脉冲信号。1千吨梯恩梯当量的中子弹，在距地面90米的低空爆炸时，其冲击波、光辐射和放射性污染的毁坏作用只限在爆心投影点周围180米的范围之内，而快中子流以及中子流贯穿辐射与周围介质原子互相作用产生的电磁脉冲的杀伤半径却可达800米的距离。　　中子的贯穿作用很强，它可以穿透坦克、掩体和砖墙去杀伤人员，而武器和建设物却能完好的保存下来。由于中子弹放射性污染比较低，因而被称为“清洁的”核弹。此外，中子流作用的时间很短，在中子弹袭击之后，军队能很快进入目标区作战。这些特点，决定了中子弹可作为战术核武器使用。　　核武器主要是作为核战斗部装在战略导弹上，用以摧毁战略目标。在近程夜战、空战和防空中有的导弹也装有核战斗部，用以摧毁地面大面积战术目标，对付飞机群和拦截携核弹的轰炸机等。中子弹不仅可以作为核战斗部装在导弹上使用，而且能够制成炮弹由榴弹炮发射出去投入战斗。

制造原子弹的关键技术：反应堆生产钚-239 (1) 反应堆辐照
核反应堆既可作为科学研究装置，也可作为一种生产设备。有动力堆，有生产堆。核反应堆工作原理如图3.11所示。反应堆里裂变放出的中子，经过减速剂降低能量变成慢中子。这些慢中子，有的与铀-235发生裂变，释放大量能量和继续放出中子；有的则被铀-238俘获而生成超铀元素。镉是专门吸收中子的，控制棒插入深，被吸收的中子多，参加反应的中子就少，裂变功率降低；反之，裂变功率就提高。监测反应堆功率，适当调节控制棒的深浅，就可保证反应堆安全运行。

图3.11 核反应堆工作原理示意图建造反应堆是一项复杂的工程，它涉及核物理、中子物理、热工学、放射性防护和放射性废物处理等学科。由于核能的广泛应用，需要建造各式各样的核反应堆，因此在大学里专门设置有“反应堆工程”专业。图3.12是热中子增殖堆容器剖面图，它是反应堆的核心部分。

图3.12 热中子增殖堆容器剖面图一个铀-238原子核，俘获一个中子变成铀-239。在几天中，铀-239自发地经过两次衰变变为钚。 n + 238U  239U +  239U  239Np + e- + （半衰期分） 239Np  Pu + e- + （半衰期天）钚是个高度可裂变的同位素。1940年在美国发现了这种元素后，他们很快建造了生产钚的反应堆，用于制造原子弹。把金属铀放在反应堆中照射后，产生的同位素经过化学方法分离出钚-239。这种化学分离方法，比物理方法分离铀-235要容易些。化学分离过程必须在两种非常困难的条件下进行： ①即使是极少量（几克）的钚，也必须从几吨重的铀燃料棒中分离出来。 ②钚的毒性极大，必须注意防护。 (2) 辐照冷却期当反应堆中的铀-238经过足够时间的照射，生成相当数量的钚-239后，将辐照过的燃料元件从反应堆内取出，并放入水中贮存2～4个月。在此期间，强放射性的裂变产物经衰变后，其放射性大大减弱；与此同时，早先由铀-238形成的镎-239，也大多转变成钚-239。这段贮存期称为冷却期。 (3) 分离钚-239 采用化学方法。辐照燃料经过冷却后，可用若干不同的方法将钚与铀和裂变产物分离开。化学方法是通常用于大规模生产的方法。钚能以几种不同的氧化态或化学价态存在，而且在某些化合价时其化学性质与铀的完全不同。根据这一特点，预先配制一种溶液，使其中钚和铀具有不同的氧化态和不同的化学性质。然后选择沉淀法或溶剂萃取法便可以相当容易地分离出钚。常用磷酸三丁脂(简称TBP)–煤油作溶剂。它们的反应式如下：反应式中，硝酸溶液称水相，TBP称有机相。反应生成的溶剂化合物UO2 (NO3)2 • 2TBP和Pu(NO3)4 • 2TBP溶于有机溶剂而不溶于水。溶剂中，铀主要以六价铀酰离子的形式存在，而钚大部分以正四价钚离子存在。萃取过程如图3.13所示。

图3.13 溶剂萃取过程在萃取前，一层是TBP-煤油有机相，另一层是含铀、钚和裂变产物的硝酸水溶液，即水相。将这两相充分混合接触，再放置一段时间，又将分成两层。这时有机相中主要含有铀、钚，而裂变产物则大部分留在水相中。这样第一步实现了铀、钚与裂变产物的分离。第二步实行反萃取。即将含有铀和钚的有机溶液与稀硝酸充分混合接触，大部分铀和钚将重新转移到水中。萃取是一个动平衡过程。物质在互不相溶的两相液体中达到萃取平衡时，它在有机相中的浓度与在水相中的浓度的比值，叫做分配系数。分配系数表示被萃取物进入有机相的能力，分配系数越大，表示它进入有机相的部分越多，留在水相的越少。某物质分配系数的大小，除与本身性质和萃取剂的性质有关外，还与萃取体系的其他条件有关，其中包括平衡时该物质在水相或有机相中的浓度、萃取剂的浓度和饱和度、水相酸碱度、其他物质的浓度以及温度等等。配制合适的萃取剂，使得从铀–钚硝酸溶液中萃取钚时，钚的分配系数高于铀的分配系数，可以达到浓缩钚的目的。这样一步一步地反复进行萃取，就实现了铀与钚的分离。除了化学分离法，还有离子交换法，即用离子交换树脂从稀释的水溶液中将钚吸附，使钚与铀和裂变产物分离。还有高温冶金法，包括蒸馏、熔融金属萃取和熔盐萃取等方法。 (4) 还原成金属分离出来的钚大多数是一种钚盐，必须经过处理以便获得金属形式的钚。例如将四氟化钚和还原剂（如金属钙）预先混合，然后在高压炉中加热，就可把四氟化钚还原成金属钚。还原后，再经过酸洗，除去杂质，即得到清洁的钚金属钮（象钮扣样的金属小块）。这些金属钚就可进行熔融、铸造，以及机械加工了。图3.14是钚的生产流程图：

图3.14 钚生产流程图反应堆可以生产多种核材料。铀-233也是一种很好的裂变燃料。生产铀-233的过程，是把氧化钍放在反应堆中照射，生成钍-233。钍-233经过两次衰变，变成铀-233。同样用化学方法把照射产物中的铀-233分离出来。铀-233吸收一个中子变成偶数核，裂变势垒比较低，因此可以用于制作原子弹和反应堆元件。其化学分离工艺与上相同，只不过要选择和配制不同的萃取溶剂而已。