氢弹外壳设计细节图_氢弹外壳设计细节图解

发布时间：2023-03-19 03:44:12 作者：定制工业设计网 2

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1、原子弹、氢弹形状大小重量如何？
2、氢弹原理的突破是什么？
3、氢弹的工作原理是什么？
4、氢弹中的于敏构型是什么，为何对氢弹研究那么重要？

一、原子弹、氢弹形状大小重量如何？

核武器是指利用爆炸性核反应释放出的巨大能量对目标造成杀伤破坏作用的武器。爆炸性核反应是利用能自持快速进行的原子核裂变或聚变反应，瞬间释放出巨大能量产生的核反应爆炸而形成巨大杀伤破坏效应。
核弹爆炸时，释放的能量比采用化学炸药的常规弹药大得多。1千克铀裂变释放的能量相当于2万吨TNT炸药爆炸时放出的能量。核武器按作战任务使用范围可分为战略核武器、战役战术核武器；按当量大小可分为千万吨级、广东会吨级、十万吨级、万吨级、千吨级和百吨级，美苏于80年代末开始研制当量小到10吨级、大到百吨级的微型超微型核弹头及当量可调核弹头。通常核武器的分代按其原理目前可分为四代。
第一代：原子弹（裂变弹）
20世纪四五十年代利用铀或钚等易裂变重原子核裂变反应瞬时释放巨大能量的核武器称为原子弹或裂变弹，即为第一代核武器。
链式反应能自持进行的原子裂变反应叫链式反应。在裂变装置（核弹头或反应堆）中，要实现自持核反应，必须用裂变核释放出的中子去轰击其它重核引起裂变，新的裂变又释放出新的中子，新的中子又去轰击其它重核引起裂变，依此不断进行。如铀235的核吸收一个中子后发生裂变，平均能放出2.56个中子，钚239平均能放出2.9～3.0个中子。在被释放出的中子群中，一部分被没有裂变的原子核所俘获，引起进一步裂变，未被俘获的中子从物质中逃逸。假如每次裂变能有一个以上的中子保留下来继续参与裂变反应（即被其它原子核俘获），那么下一“代”所能取得的裂变数就要比前一代的多，也才能形成自持链式反应。也就是说，为了在核爆炸中取得高效率，在核装置的设计上要尽量减少中子从裂变系统中逃逸，同时要尽力避免裂变材料中掺入能吸收中子的杂质。
裂变材料是指能裂变反应并大量释放原子能的物质。许多重原子核都能被分裂，但其中只有一小部分是易裂变的，即在慢中子（能量较低的中子）或快中子（高能中子）的轰击下能发生裂变。由于核裂变所产生中子的能量范围很宽，如果仅靠俘获快中子时才能裂变的原子核，通常不能实现自持链式反应。从实用观点来说，裂变武器只能用易裂变材料（即在慢中子轰击下也能发生裂变）来制造。目前世界各国的原子弹全都采用铀235和钚239，或者是它们的某种组合。
铀自然界的铀主要由两种同位素铀235和铀238组成，其中主要含量是铀238（约占99.3%），铀235含量极少（约占0.7%）。理论上，铀235的浓度在6%～10%才能制成铀弹。也就是必须把天然铀矿经筛选、粉碎、酸性浸析成矿浆、提炼获取铀的氧化物、进一步处理变成四氟化铀或六氟化铀，随后进行铀的浓缩。美国在二战中耗资10多亿美元建造了浓缩铀的气体扩散厂，通过泵使六氟化铀气体撞击上面设有数广东会个小孔的障碍物，由于铀235和铀238原子质量有轻微不同，含有铀235原子的分子比含有铀238的分子以稍微大一点的速率渗出，最终的产品是武器级铀。目前各国使用的核武器的铀235浓度为93.5%。60年代末，武器级铀每磅（0.45千克）需5 500万美元，而天然铀每磅才12美元。
钚自然界中钚的蕴藏量极少，也不能自然产生，只能用中子轰击铀238而得到钚239。大量生产钚239需要高密度中子源轰击铀238，而中子源由核反应堆中的连锁反应提供。二战中，美国建立了多处核反应堆每年生产大量钚239。理论上，钚239含量为6%～10%就可以用来制造原子弹。目前各国使用的核弹头钚239纯度约为93.5%。
铀235和钚239的基本区别是铀是天然的，由采矿浓缩而得；而钚239要用人工方法在原子反应堆中得到。制造相同当量的铀弹比钚弹的用钚量要多，尽管钚239比铀235要贵，但钚239裂变弹可获得较高的当量-重量比，可使武器重量更轻、体积更小。据报道，美国大部分原子弹都含有铀235和钚239两种材料。
临界质量为维持链式反应所需要的裂变材料的最小质量称为临界质量。少量的裂变材料不能维持链式反应（绝大多数中子逃逸了）。临界质量的大小取决于裂变材料的种类、结构密度、几何形状以及核装置中有无中子反射层结构等。在固态物质形状中，球形的体积与表面积的比值最大，从单位球形裂变材料中逃逸出来的中子数最少，因此球形是临界质量最小的一种形状。如采用裸球，铀235和钚239的临界质量分别为52和10千克（铀235的密度小于钚239）。
降低临界质量有多种方法：一是用中子反射层作为包壳材料把裂变材料包起来，以使一部分向外逃逸的中子反射回裂变材料中，增加了中子数量以轰击重核。中子反射层可使裂变材料临界质量减小到原来的1/3到1/2，也就是在正常密度下，铀235和钚239的临界质量可分别减至13～15和5～10千克，这就为减小核弹头体积和重量乃至制造原子炮弹提供了方便。二是压缩核材料，增加其密度。临界质量近似与密度平方的倒数成正比。三是巧妙的结构设计以使裂变材料发挥最大作用。
原子弹的设计裂变链式反应可视为一系列的“代”的雪崩式延续，每一“代”的标志是前一“代”产生的中子使核进一步裂变，一“代”的时间约10-8秒。裂变弹能量的释放要经历若干“代”，其“代”数取决于一“代”裂变产生的中子数有多少能保留下来并引发下一“代”裂变反应。如果一个原子核裂变仅能放出2.5到3个中子、并有2个能保留下来引起新的裂变，那么当量在1千吨到10万吨之间的一枚核弹能量释放约要经历53～58“代”。其中99.9%的能量大约是在最后7“代”释放出来的，即约在爆炸的最后0.07秒内。
要获得大的当量，裂变材料组合后的质量就必须比临界质量大若干倍，才能达到和维持快速增殖链式反应，这可通过把两个或多个亚临界质量块（小于临界质量）合到一起。
原子弹的设计原理是使处于亚临界状态的裂变装料瞬间达到超临界状态，有两种基本方式，即内爆式和枪式。内爆式又称压紧型，如一枚内爆式核弹可由处于亚临界质量（一般为临界质量的几分之一）的球形裂变装药构成，在球形装药的外面包一层其外围是高能炸药的重元素（铀238）反射层。爆炸时，高能炸药形成的内聚爆轰波压缩装药，使其密度增大一倍到几倍达到超临界质量。铀235、钚239或二者组合的核武器，一般采用内爆式。美国1945年7月16日试验的第一颗原子弹和投在日本长崎的第二颗原子弹“胖子”，都采用内爆法使钚239由亚临界状态瞬间压缩成超临界状态，而参与链式反应的仅为1千克。
枪式又称压拢型，即把2～4块处于亚临界状态的裂变材料，在化学炸药爆炸力的推动下广东会合拢而形成超临界状态。例如，沿着一管子可以把亚临界的裂变材料推进到另一块球状亚临界裂变材料块中，也就是射进“枪管”，投在日本广岛的铀235弹“小男孩”就用此法。枪式结构比较简单，设计起来比较有把握。枪式结构只能用铀235，不能用钚239，主要原因是枪式结构对过早点火特别敏感，而钚239正好比较敏感。此外，由于内爆式核装置比枪式核装置效率高，所以美国核弹大多数采用铀235内爆式。
第二代：氢弹（聚变弹）
60年代以后，利用氢的同位素氘、氚等轻原子的聚变反应，瞬时释放出巨大能量的核武器，又称聚变弹、热核弹、氢弹，即为第二代核武器。
聚变反应除了重原子核铀235、钚239等的裂变能释放核能外，还有另一种核反应，即轻原子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时也能放出巨大能量。核聚变的原理是：在标准的地面温度下，物质的原子核彼此靠近的程度只能达到原子的电子壳层所允许的程度。因此，原子相互作用中只是电子壳层相互影响。带有同性正电荷的原子核间的斥力阻止它们彼此接近，结果原子核没能发生碰撞而不发生核反应。要使参加聚变反应的原子核必须具有足够的动能，才能克服这一斥力而彼此靠近。提高反应物质的温度，就可增大原子核动能。因此，聚变反应对温度极其敏感，在常温下其反应速度极小，只有在1 400万到1亿度的绝对温度条件下，反应速度才能大到足以实现自持聚变反应。所以这种将物质加热至特高温所发生的聚变反应叫作热核反应，由此做成的聚变武器也叫热核武器。要得到如此高温高压，只能由裂变反应提供。
热核材料核聚变反应一般只能在轻元素的原子核之间发生，如氢的同位素氘和氚，它们原子核间的静电斥力最小，在相对较低的温度（近千万摄氏度）即可激发明显的聚变反应生成氦，而且反应释放出的能量大，一千克聚变反应装药放出的能量约为核裂变的七倍。但在热核武器中不是使用在常温下呈气态的氘和氚。氘采用常温下是固态化合物的氘化锂，而氚则由核武器进行聚变反应过程中由中子轰击锂的同位素而产生。1942年，美国科学家在研制原子弹过程中，推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃轻核引起聚变，并以此制造广东会比原子弹更大的超级弹。1952年1月，美国进行了世界上首次代号“迈克”的氢弹原理试验，爆炸广东会超过1 000万吨当量，但该装置以液态氘作热核材料连同贮存容器和冷却系统重约65吨，不能作为武器使用，直到固态氘化锂作为热核装料的试验成功，氢弹的实际应用才成为可能。中国于1966年12月28日成功进行了氢弹原理试验，1967年6月17日由飞机空投的300万吨级氢弹试验圆满成功。
热核武器的设计在热核武器中，聚变材料既可直接加到（或靠近）裂变装药中心，也可安置在裂变装药的外面，或两种方法同时采用。在后一种情况下，需将裂变产生的辐射控制起来，以使其能量转换用于压缩并点燃分离装配的聚变材料的部分。这个专门设计用作起爆的裂变装药就叫做初级，通常称为起爆氢弹的“扳机”。初级外面的聚变材料部分叫次级。因此，这种武器可以说有两级核反应。
虽然铀238不能进行自持链式反应，但由于裂变和聚变反应产生的大量高能中子可使铀238发生持续裂变。所以在热核外面再包一层铀238（天然铀或贫化铀）就可以提高核武器的当量。在热核武器中，这层铀238有时被称为第三级。没有这层铀，就是两级武器。
通常一枚大当量热核武器都是三相弹，即爆炸时所放出的能量有3个来源：第一级裂变链式反应；第二级热核材料的聚变反应；第三级铀238外层的裂变反应。粗略估计，释放的总能量中聚变和裂变各占一半。但为了获取特殊的核爆炸效应，或满足核武器一定的重量或尺寸要求，可以采取不同的裂变与聚变当量比，包括从纯裂变到聚变当量占很大比例的武器。
核弹头的基本结构不管核武器样式多么繁多，核弹头的基本构造通常由壳体、核装药和热核装药、引爆控制系统（引信）和电源等组成。其中壳体用于盛装核弹的各种装置并能防止其机械损坏。在弹道导弹核弹头壳体外壳还涂有特殊涂料或隔热层，以防弹头再入大气层时受高速气动加热使弹头壳体及内部装置因过热而烧毁。核装药和热核装药，由裂变和聚变材料构成，以氢弹为例：核装药（裂变装药）置于由普通炸药构成的球形装药的中央部位，在球形装药外面四周安装了许多电雷管。引信传来的敏感信号通过引爆控制系统产生的高压电起爆各电雷管，使普通炸药以“枪法”或“内爆法”使裂变材料迅即达到最大超临界质量而实施核裂变爆炸，并使爆炸产生的部分辐射能量转换用以加热和点燃（高能中子的轰击）热核装药产生聚变反应，形成整个氢弹的核爆炸。引控系统是保证核弹到达预定炸点时发出起爆核装药指令并可靠起爆的装置。电源是给弹头各组件提供能源的小型一次性使用的蓄电池，在导弹发射准备时激活蓄电池，导弹发射起飞时才能用弹上蓄电池供电。
当量可调核弹的当量是可以调节的。在纯裂变装置中，若改变链式反应的引发时间或变换弹芯，就能改变当量。链式反应是由中子源引发的，如改变中子源状态，也可实现当量可调。在具有一级或多级聚变反应的热核武器中，控制氚的用量或更换弹芯，即可改变当量。此外，也可采用控制附加的聚变级是否点火的机械措施，即控制是否点燃聚变装药，便可调节核爆炸当量的大小。
核武器的重量和当量世界上第一个核爆炸装置，代号“大男孩”的钚装药约重6.1千克。由重约2 268千克高能炸药内向爆炸将其压缩到一起，于1945年7月16日上午5时24分，在新墨西哥州阿拉莫戈夫的“三一”试验场内的一个30米高的铁塔上进行试验，当量为2.2±0.2万吨。钚装药实际大小同柚子差不多，而铀反射层和高能化学炸药使爆炸装置尺寸重量大大增加。核装药、反射层和高能炸药固定在一个由12块五边形构成的金属球内，各五边形用螺栓互相连接组成一个球体。
1945年8月6日上午8点15分投在日本广岛上空、估计爆高580米的原子弹“小男孩”，它装有60千克高浓缩铀235，采用枪法结构。枪管直径约15厘米，长1.8米，重约半吨。核弹本身连同外壳长3米，直径71厘米，重约4吨，当量1.2～1.5万吨（有报道1.25万吨）。
1945年8月9日上午11点零2分，投在日本长崎上空估计爆高503米的原子弹“胖子”，它所采用的设计和“大男孩”一样，只是名称不同。“胖子”装有稳定翼和一个保护性的直径为1.5米的蛋形外壳（弹壳），核弹全重约4.9吨，长3.6米，当量2.2±0.2万吨，钚装药约6.1千克。两枚内爆式原子弹核装药的利用率约17%，而“小男孩”只有约1.3%。在美国首批核武器设计中，化学炸药和反射层重量占了绝大部分：“胖子”的当量重量比是4.5吨/千克，“小男孩”为3吨/千克，与现代核武器相比，都非常低。当量在10万吨以上的现代化热核武器，其当量重量比一般为1 000～3 000吨/千克，（这一数值远比氘氚材料完全聚变所能达到的8万吨/千克的理论极限低得多），例如美国库存核武库中当量最大的弹头B53核弹（以及在“广东会”Ⅱ导弹上使用的弹头W53），当量900万吨，重约4吨，当量重量比约2 200吨/千克，相当于“胖子”的500倍。美国现役洲际导弹“民兵”Ⅲ弹头为3个33.55万吨当量分导式弹头MK-12A，总当量100.65万吨，弹头重955千克，当量重量比为1 054吨/千克。当量大于10万吨的战略导弹弹头和核炸弹，当量重量比为300～2 500吨/千克。低当量的战术核武器的当量重量比约为4～100吨/千克。

二、氢弹原理的突破是什么？

苏联第一颗原子弹的爆炸成功，对美国的科学家与官方人士来说，都是骇人听闻和出乎意料的事件。在此之前，美国官方认为苏联如果完全依靠自己的力量研制原子弹，可能需要15～20年。美国科学家虽然认为苏联有一流的科学家，如果全力以赴工作的话，需要的时间可能会缩短，但他们又认为这种可能性很小，对原子弹的国际控制协议有可能在苏联原子弹出现以前实现。

事实已经很清楚，美国的核垄断被打破了。美国原子能委员会的一些军方代表，如施特劳斯等人，提出了加速研制“超级”原子弹——氢弹的问题。

关于氢弹结构的具体细节，各个核国家至今仍然严格保密。氢弹的设计与制造要比原子弹复杂得多。下面我们就简要地介绍一下氢弹原理突破的具体过程。

在20世纪20年代，大多数物理学家都认为原子是由质子和电子组成的。中子被发现后，人们又相信原子核是由一定数量的质子和中子组成的。但实验表明，一些轻原子核的质量并不完全是质子和中子质量的整倍数，而是小一些。根据爱因斯坦著名的质量能量转换公式，原子核质量的这种微小减少意味着，如果能设法用像氢核这样的小原子核合成更大的核的话，那么小核子在合成过程中将会以损失部分质量为代价，放出巨大的能量。一些想像力丰富的物理学家猜测，这可能是行星巨大能量的来源，甚至有人试图用正处于发展过程中的量子力学去定量地计算这个富有挑战性的问题。伽莫夫就是其中之一。

伽莫夫原籍苏联。他在20世纪20年代时就与英国、德国等西方物理学家有很密切的联系，对行星能量采源问题发生了很大的兴趣，并且在20年代末为行星的内部运动勾画出一幅大致的图像：行星的内部处于极高温的状态，元素以离子状态存在着，小的原子核在热运动帮助下克服了静电的排斥力，相互碰撞聚合成大的原子核，同时也放出巨大的能量。这就是现代科学中的核聚变过程。

伽莫夫这种理论模型的实验根据全部来自于天文观测，当时没有人广东会人们有朝一日能够在地球上得到这种高温，从而实现核聚变反应。

1933年，伽莫夫离开苏联来到欧洲，继续从事核反应的理论研究。美广东会盛顿州的乔治·华盛顿大学想聘请他去工作，‘他也希望能建立一个专门研究核聚变和行星问题的研究中心，于是就以此作为他应聘的条件。乔治·华盛顿大学接受了他提出的条件，伽莫夫便于1934年来到了美国。他上任后立即开始网罗人才，进行这方面的研究。泰勒就是在这种背景下去美国的。1935年8月，泰勒应伽莫夫的邀请，来到美国乔治·华盛顿大学，担任理论物理学教授。

伽莫夫认为，首先应该搞清楚热核反应研究的困难，找到努力的方向。他于1938年春组织了一个专门讨论热核反应的讨论会，希望借此机会唤起美国物理学家对热核反应的兴趣。会议正像伽莫夫预计的那样，没有得到明确的结论，但热烈的讨论给了大家以推动和启示。德国核物理学家贝特在会议后短短的几个月内，就为行星的热核反应建立了一个很具体的、令人信服的模型。

贝特系统地研究了物理学家们以前提出的各种热核反应模型，收集和分析了大量有关太阳光谱、天文观测和核物理实验的数据，在此基础上提出了自己的新见解。在他的行星热核反应模型中，四个氢核经过所谓“碳循环”合成一个氦核。在这种核子的重新组合过程中，将有0.7％的质量被转化成各种形式的能量。正是它使太阳光芒四射，为人类提供了无限光明。根据贝特的计算，一些行星的内部温度能高达摄氏2000万度。根据热力学定律，每个原子核的平均动能超过1700电子伏特，由于原子核在这种热平衡状态下不会因碰撞等原因而损失能量，一些原子核将拥有足够的动能去克服原子核之间的静电势，从而实现核聚变反应。贝特假设在行星的内部存在着一些特殊性质的力，阻止了大多数聚变中放出的光量子逃出行星。简单地说，一个辐射量子在“诞生”后平均运动几个毫米就会被吸收掉，吸收辐射量子后的原子核又会放出一个方向无规的新辐射量子。由于这个原因，一个辐射量子要经过1万年的时间才能从太阳的中心“扩散”到太阳的边缘，整个太阳就像一个不透明体，其边缘的温度将大大地小于其中心的温度。贝特计算出太阳的中心温度为摄氏1700万度，太阳的表面温度仅为摄氏6000度，很小的核反应率和极小的辐射量子逃出比率，使得太阳在10亿年中才将1％的氢转化成氦，损失了微乎其微的质量。

贝特的计算和天文观测符合得很好。他指出，人们在地球上不可能得到这样高的温度。即使能使一些原子核发生热核聚变反应，由于反应产生的能量会立即扩散，反应只能维持几个毫秒时间，这只能是爆炸性的反应。由于处于非平衡状态下的原子核在实现核聚变反应前会因碰撞而损失能量，聚变反应所需的温度要比行星中缓慢地进行的反应所需的温度高得多。

一年之后，原子核裂变的研究转移了许多核物理学家的注意力和工作方向，美国的物理学家很快就卷入了旨在军事应用的核裂变研究和原子弹的研制工作。贝特的全部精力都集中到有关原子弹的理论计算上，没有功夫顾及热核反应。泰勒却溶深地被贝特的模型所吸引，幻想能在地球上模拟太阳的内部情况，实现热核反应，使人类可以从取之不尽、用之不竭的水中获得动力和能量。

从1941年起，泰勒就在哥伦比亚大学协助费米研究核裂变。1942年初，费米在反应堆研究上取得了原来预计到的进展，他确信原子弹会成功，对泰勒说：“我们现在在原子弹的研制上看到了很乐观的前景，这种核爆炸能否用来触发类似于在太阳中进行的那种反应呢？”泰勒立即认真地研究了这个问题。哥伦比亚大学的物理学家尤里不久前刚发现氢的同位素氘，它比普通的氢多一个中子，在原理上更容易发生聚变反应。于是，泰勒将氘用在他的计算中。由于没有找到合适的模型和缺乏足够的实验数据，泰勒从几个星期的计算中得到了否定的结果，即原子弹爆炸产生的高温不足以触发氢或者氘核的聚变。

1942年春，泰勒应奥本广东会和康普顿之邀去芝加哥大学金属实验室和加州大学伯克利分校讨论原子弹的理论问题。在芝加哥，泰勒遇到了另一位热衷于热核聚变反应的物理学家科诺宾斯基。他们合作计算后发现，氘核的聚变反应很可能被原子弹爆炸所产生的高温触发。科诺宾斯基还提出，可以用氢的另一种同位素氚作聚变材料。贝特在与他们讨论时指出，这是降低热核聚变反应所需温度的有效办法。

1942年夏，奥本广东会在伯克利组织了一个有关快中子和原子弹理论讨论会，泰勒在会上兴奋地向大家报告了他们的讨论结果。由于地球上存在着大量的水等含氢物质，奥本广东会很担心原子弹爆炸时会触发它们的聚变反应，导致地球的毁灭。他曾专程去密歇根找康普顿讨论了这一可能的危险。

在洛斯阿拉莫斯的初期，奥本广东会为了搞清聚变反应的原理和原子弹产生的次级粒子和高温对氢同位素的影响，优先安排了有关聚变的实验，如测量氚的性质，泰勒也埋头于这方面的理论工作。不久之后，由于研制原子弹的任务日益繁重，时间日益紧迫，因此洛斯阿拉莫斯在热核聚变方面的工作被迫停顿下来了。

广岛事件不仅给世界和平带来了阴影，也从心理上挫伤了参加并主持核研究的物理学家，很多人再也不愿意去研究那些广东会比原子弹更大的新武器了。对热核聚变反应有很重要见解的贝特和费米，都急于返回到大学的教室广东会验室，奥本广东会不久后也离开了洛斯阿拉莫斯。在奥本广东会的提议下，物理学家布雷德伯里接任洛斯阿拉莫斯实验室主任。实验室一方面继续改进和完善原子弹，另一方面开始向基础科学研究、特别是核物理和高能物理转变。

这时氢弹在技术上的前景也是很暗淡的。贝特估计，即使是用氘和氚作聚变材料，热核聚变反应所需的触发温度也要在摄氏1亿度以上，而美国在广岛投下的原子弹爆炸所产生的最高中心温度才达到摄氏5000万度。1945年11月，贝特在美国参议院原子能特别委员会作证时说，尽管氢弹可以成为核聚变的一个实际应用，但最重要的是要产生其温度比太阳中心温度高得多的热源，这在目前是难以做到的。

一直致力于揭开热核聚变秘密、模拟太阳内部情况的泰勒认为，现在是开展氢弹研究的好时机。他呼吁：“实际上没有根据将我们的注意力只放在现有的原子弹上，它只是首次尝试的结果。……在原子弹这样新的领域里，我们应对新的惊人发展有所准备。”他指出，物理学家们的努力可使我们对氢弹的认识逐步清晰，并走原子弹走过的同样的道路。泰勒提出，如果洛斯阿拉莫斯实验室同意他的氢弹研究计划，他可以留下来担任理论部主任。布雷德伯里则认为，原子弹是在战争情况下研制出来的，尚未真正成为一件可信赖的实用武器，美国国防需要的是完善后的原子弹。因此，他不想将日益减少的人力物力投到前途尚很暗淡的氢弹研究方面。

布雷德伯里很希望泰勒能够担任贝特原来的职务——理论小组负责人，他们二人之间进行了一次极不友好的谈话。泰勒用他所常用的那种咄咄逼人的口吻说：“我还得看一看，什么更好些，究竟是试验十几个普通的原子弹呢，还是致力于热核问题的全面研究！”

布雷德伯里也没好气地回答说：“很遗憾，这个问题正像您应该知道的那样，是不在讨论范围以内的。”

于是，泰勒拒绝了他的邀请，回到芝加哥大学，一边从事教学和培养研究生，一边继续进行氢弹的研究。

1946年，奥地利物理学家瑟林从基础物理学研究出发，探讨了氢弹的问题，并把其结论发表在一份科普杂志上。瑟林在文章中首先追述了用人工实现粒子之间的相互作用问题，分析了热核聚变反应所需要的条件，特别是能量和温度。他将可能的核聚变反应分成三类：

氘-氘反应。把氘放在钚弹的外围，钚弹爆炸后的碎片带有1亿电子伏特的能量，它们在出射过程中可能会与氘碰撞而传递一部分能量给氘，后者将通过氘-氘反应产生氦核和一个中子，同时释放出300万电子伏特左右的能量。

钚-氘弹。将钚与氘混合在一起，氘有很大的机会与裂变碎片直接碰撞；聚变反应的几率因此而增大。这种炸弹的困难很难将原料的临界体积减小，将核反应维持在一定的时间内，从而限制和减小了核弹的广东会和效率。

锂-氢弹。锂的原子量为7，原子序数为3。在几广东会度的高温下，锂核会与氢核发生作用产生一个质量数为8、电荷数为4的中间核，这个中间核立即会衰变成两个氦核，同时放出1700万电子伏特的能量。锂和氢都是可以在工业规模上生产的，它将使氢弹的造价降低，而它的单位质量的爆炸力将比原子弹大1000倍。瑟林想像将触发热核聚变反应的原子弹做成一个中空球壳，聚变材料放在它的中心，原子弹爆炸时产生的高温将足够触发氢弹的爆炸。瑟林认为它将是氢弹研究的方向和希望。

瑟林的目的本来在于介绍物理学的新发展，但就是这个粗略的讨论却很正确地指出了氢弹的发展方向。

三、氢弹的工作原理是什么？

也称“聚变弹”或“热核弹”，是利用氢的同位素氖、氖等氢原子核的聚变反应，瞬间释放出巨大能量造成大规模杀伤破坏效果的核武器。

氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，但广东会比原子弹大得多。原子弹的广东会通常为几百或几万吨TNT当量，氢弹的广东会则可大至几千万吨，还可通过设计增强或减弱其某些杀伤破坏因素，其战术技术性能比原子弹更好。氢弹由起爆原子弹、热核装料和外壳等主要部件组成。一般多以“铀”‘作外壳。聚变反应产生大量的高能中子能引起“铀”核裂变反应，释放出大量能量，这样可以大大提高当量并降低费用。

世界上已有美、俄、英、中、法等5个国家拥有氢弹。中国为了打破超级大国的核垄断和核威胁，于1966年12月28日首次进行氢弹原理试验。1967年6月17日爆炸的第一枚氢弹，广东会大于300万吨梯恩梯当量。中国是第4个拥有氢弹的国家，从爆炸第一颗原子弹至爆炸第一颗氢弹只用了2年零2个月的时间，其发展速度在世界上是最快的。

四、氢弹中的于敏构型是什么，为何对氢弹研究那么重要？

“于敏构型”是我国氢弹研制的重要构型，这一构型的提出，大大加快了我国氢弹研制的步法，相对于美国的“T-U构型”更具实战优势；有关于敏构型的详细资料，都是国家最高级机密。

氢弹原理

原子弹和氢弹，是人类拥有的两种广东会极大的核武器，1945年8月6日，美国在日本广岛投掷了一颗原子弹，直接造成8.8万人死亡，数十万人受伤，上万间房屋被毁，可见广东会之大。

而氢弹的爆炸广东会，比原子弹更甚百倍，原子爆炸的原理是核裂变，氢弹爆炸的原理是核聚变；比如太阳能在数十亿年中持续放出热量，因为太阳内部进行的就是核聚变反应。

核聚变反应又叫做热核反应，热核反应所需的压力和温度极高，太阳内部温度高达1500万摄氏度，压广东会达3000亿个大气压，人类无法制造这么高压力，所以需要把温度提高到上亿度才能点燃热核反应。

于敏结构

我国氢弹研制过程中，在氢弹构型设计上遇到很大困难，氢弹的热核反应，需要用原子弹来引爆，相当于用一颗原子弹包围着热核材料，原子弹爆炸产生极高压力和温度，再点燃氢弹引发爆炸。

理论说起来很简单，实际操作有重重困难；比如外围原子弹的爆炸，必须非常均匀地向内挤压，稍有偏差都无法使热核反应被点燃；而且直接用原子弹引爆还不行，必须加强原子弹爆炸产生的条件。

氢弹研制的关键瓶颈，就是氢弹构型的设计，如何才能使热核材料的利用更充分，然后发挥出巨大广东会，我国氢弹研制就在这里卡住了。

据2014年科教频道纪录片《影响》记载：当时我国仅有的一台电子计算机在上海，计算速度大约每秒几万次，一次于敏和蔡少辉晚饭后在计算机旁的小路散步，于敏提出了一种从未有过的设想，这一设想成为我国氢弹研制的关键，解决了氢弹中一个有关能量的突破难点，成为后来被外媒称作的“于敏构型”。

纪录片中于敏亲自说到（原话）：

“我把它分成三段，一个创造条件，促使热核反应起来，如果起来的话，不是外界条件能够让它；外部条件还得要靠它自己本身能起来，本身能起来，再点火，就是点火，他自己放的能量，已经温度逐渐升高，是热核反应起来了，这是第二个；第三，他起来以后，就跟普通的燃烧一样……。”

T-U构型

“泰勒·乌拉姆构型”的简称，是美国氢弹的设计构型，和于敏构型相比：

（1）T-U构型的设计当量可以非常大，但是氢弹本身的质量也非常大，一颗1000万吨TNT当量的氢弹，重达60多吨；；

（2）于敏构型设计当量一般在数广东会吨，但是氢弹可以做得非常小巧，有利于实战化，氢弹整体不到1吨的重量，可以达到300万吨TNT当量；

（3）于敏构型的氢弹更方便储存，甚至长时间保存，需要使用时直接就可以用；

关于氢弹构型的更详细信息，是有核国家的最高级机密，所以大家了解到以上信息就行了，更多关于氢弹构型的说法，都是其他人猜想出来的。

氢弹研制时间

关于氢弹研制，有一个被误传的说法，说中国研制氢弹只用了2年零8个月，美国用了7年零3个月，英国用了4年零7个月，法国用了8年零6个月。

这个说法是不对的，以上时间指的是各国第一颗原子弹爆炸，到第一颗氢弹爆炸的时间间隔；我国原子弹和氢弹的研究是同时起步的，于敏最初也是在原子弹研究小组广东会作，由于表现出色，再被转移到氢弹研究小组作为负责人。

于敏、邓稼先、钱学森等等老一辈科学家，在我国核弹研制过程中，发挥着极其重要的作用；原子弹和氢弹的研制成功，让我国彻底摆脱了西方各国的核威慑。于敏于2019年1月16日，在北京去世，享年93岁！

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