氢弹外壳设计细节图解法_氢弹外壳设计细节图解法图片

发布时间：2023-03-20 17:22:50 作者：定制工业设计网 1

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1、氢弹是什么来的?
2、氢弹的功能是什么？
3、氢弹的爆炸原理
4、于敏构型的氢弹为何比美国的还要厉害

一、氢弹是什么来的?

氢弹是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘、氚等轻原子核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至几万吨级TNT当量，氢弹的广东会则可大至几千万吨级TNT当量。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，用途也更广泛。 1942年，美国科学家在研制原子弹的过程中，推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃轻核，引起聚变反应，并想以此来制造一种广东会比原子弹更大的超级弹。1952 年11月1日，美国进行了世界上首次氢弹原理试验。从50年代初至60年代后期，美国、苏联、英国、中国和法国都相继研制成功氢弹，并装备部队。三相弹是目前装备得最多的一种氢弹，它的特点是广东会和比广东会都较大。在其三相弹的总广东会中，裂变当量所占的份额相当高。一枚广东会为几广东会吨TNT当量的三相弹，裂变份额一般在50％左右，放射性沾染较严重，所以有时也称之为“脏弹”。氢弹又称热核弹或热核武器，它是利用原子弹爆炸的能量做为“扳机”，将聚变燃料加热至几千万开以上，使之发生自持的聚变反应，在瞬间释放出巨大的能量。其广东会在几十万至几千万吨梯恩梯当量。利用核裂变释放的能量引发氘氚等轻核的自持聚变反应和伴随的裂变反应，瞬时释放巨大能量的武器。又称聚变弹或热核弹。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，因聚变装料无临界质量限制，武器广东会可以大得多。原子弹的广东会通常为几百至几万吨梯恩梯当量，氢弹的广东会则可以大至几千万吨梯恩梯当量。同时，通过增强或减弱氢弹的某些杀伤破坏因素，还可以设计出特殊性能的核武器（如中子弹，减少剩余放射性弹）。由于产生聚变反应的轻原子核都带有正电荷，只有当它们的速度很高时才能克服正电荷间的静电斥力，发生显著的聚变反应。当热核装料的温度很高时，组成装料的原子核就具备了很高的速度（从而有很高的动能）。利用这种办法发生的聚变反应叫热核聚变反应，简称热核反应。轻核中氢的同位素氘和氚原子核间的斥力最小。因此常常被选作氢弹的装料。氘氚原子核间的反应方式有：Ｄ＋Ｄ→Ｔ＋ｐ＋４.０３ＭｅＶＤ＋Ｄ→３Ｈｅ＋ｎ＋３.２７ＭｅＶＤ＋Ｔ→４Ｈｅ＋ｎ＋１７.６ＭｅＴ式中，Ｄ、Ｔ分别代表氘核和氚核，ｎ、ｐ分别代表中子和质子，３Ｈｅ、４Ｈｅ分别代表氦C３核和氦C４核。当热核装料的温度为几广东会至几亿开尔文时，氘氘反应的速率约比氘氚反应快１００倍。由于氘氚是气体或液体，使用起来不大方便。氢弹中常用的热核装料是固态氘化锂C６，其密度约为０.８克/厘米３左右。当锂－６吸收一个中子时，产生氚；氚与氘反应又产生中子，即进行氚－中子循环反应。氚、中子循环一代，消耗一个氘核和一个锂－６核，放出约２２.４兆电子伏的能量。在氢弹中，烧掉１千克氘化锂－６，释放４—５万吨梯恩梯当量左右的能量。创造自持聚变反应所必须的高温、高密度条件需要大量能量，目前只能靠核裂变爆炸来完成。因此氢弹里都有一个起引爆作用的裂变爆炸装置，即“初级”或“扳机”。氢弹的爆炸过程大致是这样的：初级发生链式裂变反应，放出大量中子和Ｘ射线；利用初级爆炸所创造的条件，聚变装料发生自持聚变反应，放出大量能量和聚变中子；聚变中子又进一步引器氢弹铀－２３８外壳中的核裂变，放出大量的裂变能量。１９５２年１１月１日，美国进行了世界上首次氢弹原理试验，代号“迈克”（Ｍｉｋｅ），广东会在１０００万吨TNT当量左右，连同液氘冷却系统的核装置总重６５吨。原苏联于１９５３年８月１２日进行了氢弹试验。中国是继英国之后第四个掌握氢弹设计技术的国家。１９６６年１２月２８日，中国成功地进行了氢弹原理试验，１９６７年６月１７日由飞机空投的广东会达３３０万吨TNT当量的氢弹试验又圆满成功。到２０世纪８０年代末为止，世界上已有美国、原苏联、英国、中国和法国宣布拥有氢弹。氢弹比原子弹优越的地方在于: 1.单位杀伤面积的成本低 2.自然界中氢和锂的储藏量比铀和钍的储藏量还大得多 3.所需的核原料实际上没有上限值，这就能制造TNT当量相当大的氢弹氢弹的缺点 1.在战术使用上有某种程度上困难 2.含有氚的氢弹不能长期贮存，因为这种同位素能自发进行放射性蜕变 3.热核武器的载具，以及储存这种武器的仓库等，都必须要有相当可靠的防护所谓广东会比是指每公斤重的核子弹所产生的爆炸广东会，即爆炸的总当量与核武器重量之比，它是核武的一项极其重要的指标，从广东会比的大小，可以看出核武小型化的水平，目前俄、美两国在广东会吨当量以上的核子武器，它的广东会比水平约为每公斤弹头达到2500～5000吨当量，20万吨～100万吨当量的核武广东会比水平大约为每公斤弹头约2200～2500吨当量，跟广东会比有关的另一个问题是分导式多弹头飞弹的大力发展，由于多弹头增加了额外的结构重量，所以广东会比会相对应地降低，弹头数目越多，下降的幅度越大，例如美国的义勇兵2型和海神潜射飞弹的核弹头，它们的广东会比大约是每公斤600吨TNT当量，目前俄、美两国都在加紧进行地下核子试验，改进核弹头的质量，使其不断地小型化，进一步提高广东会比，但不管怎么改进，如果还是采用铀235和钸239作为核原料的话，那么它的广东会比就不能像过去那样大幅度的几十倍甚至几广东会倍的增长。

二、氢弹的功能是什么？

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。

三、氢弹的爆炸原理

氢弹是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘、氚等质量较轻的原子的原子核发生核聚变反应（热核反应）瞬时释放出巨大能量的核武器，又称聚变弹、热核弹、热核武器。

氢弹也被称作热核弹，是核武器的一种。主要利用氢的同位素（氘、氚）的聚变反应所释放的能量来进行杀伤破坏。

就其原理来说，现在大多数氢弹并不是“纯净”的聚变核武器，确切的说，它们应该叫“三相弹”，裂变引发聚变，聚变释放出的中子诱发出更剧烈的裂变即所谓的“裂变-聚变-裂变”。正因如此，它才具有了空前绝后的广东会。

扩展资料：

氢弹爆炸包含大量十分复杂的物理过程，尽管经过了半个多世纪的发展，但对其作用规律的认识和掌握还远远不够，氢弹的设计至今仍强烈依赖于设计人员的经验，只有大规模核爆炸试验才能对所研制的核装置的合理性进行有效验证。

因此，核试验是研制发展氢弹必不可少的手段。按试验时的环境条件不同，核试验的方式有大气层核试验、地下核试验、高空核试验、水面及水下核试验，核试验方式的选择与试验目的紧密相关。地下核试验采用全封闭式爆炸，可避免场地大规模放射性污染。

同时便于安排实时近区物理测量，对研究核武器原理以及核爆炸物理过程十分有利，还可以创造模拟高空环境的真空条件，进行高空核爆效应研究。所以，有核国家后期全部采用地下方式进行核试验。

由于核爆炸具有巨大的破坏性，1996年9月10日，联合国大广东会过了《全面禁止核试验条约》。《全面禁止核试验条约》规定：缔约国将作出有步骤、渐进的努力，在全球范围内裁减核武器，以求实现消除核武器，在严格和有效的国际监督下全面彻底核裁军的最终目标。

所有缔约国承诺不进行任何核武器试验爆炸或任何其他核爆炸，并承诺不导致、鼓励或以任何方式参与任何核武器试验爆炸。

参考资料来源：百度广东会-氢弹

参考资料来源：人民网-成功造出氢弹需要过6大难关：须国立充足

四、于敏构型的氢弹为何比美国的还要厉害

　美国氢弹的T-U构型不敌中国于敏构型
2014年度国家科学技术奖励大会在北京举行。中国着名核物理学家、核武器研究和国防高技术发展的杰出领军人之一的于敏院士荣获2014年度国家最高科技奖，也是此次唯一获得该奖项的科学家。
于敏是新中国氢弹研究中的关键核心人物。他在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题，提出了从原理到构形基本完整的设想，起了关键作用。1965年10月，在于敏的亲自组织和部署下，氢弹理论得以突破。目前全世界只有两种氢弹构型，美国的T-U构型和中国的于敏构型。此后长期领导核武器理论研究、设计，解决了大量理论问题。
对中国核武器进一步发展到国际先进水平作出了重要贡献。从20世纪70年代起，在倡导、推动若干高科技项目研究中，发挥了重要作用。
氢弹爆炸
1982年获国家自然科学奖一等奖。1985年、1987年和1989年三次获国家科技进步奖特等奖。1994年获求是基金杰出科学家奖。
1999年被国家授予“两弹一星”功勋奖章。1985年荣获“五一劳动奖章”。1987年获“全国劳动模范”称号。
由于核武器的保密原因，于敏的一切长期以来都处于高度保密中。从1976年到1988年，于敏的名字是保密的，直到1988年以后，于敏才获得出国进行学术交流的机会。
由于工作的关系，于敏首次出国是以某大学教授的身份去美国访问的。在不到一个月的时间内，尽管去了许多地方，但他始终像个“哑巴”：要问也不方便问，要说也不方便说，很不好受。
提出氢弹原理方案
在我国研制第一枚原子弹尚未成功时，有关部门就已做出部署，要求氢弹的理论探索先行一步。1960年底，钱三强找于敏谈话，让他参加氢弹原理研究，于敏毫不犹豫地答应了。在钱三强的组织下，以于敏等为主的一群年轻科学工作者，悄悄地开始了氢弹技术的理论探索。从原子弹到氢弹，按照突破原理试验的时间比较，美国人用了七年零三个月，英国四年零三个月，法国八年零六个月，前苏联四年零三个月。
主要一个原因就在于计算的繁复。而中国的设备更无法可比，国内当时仅有一台每秒万次的电子管计算机，并且95%的时间分配给有关原子弹的计算，只剩下5%的时间留给于敏负责的氢弹设计。
中国的第一颗氢弹在爆炸成功
穷人有穷办法，于敏记忆力惊人，他领导下的工作组人手一把计算尺，废寝忘食地计算。一篇又一篇的论文交到了钱三强的手里，一个又一个未知的领域被攻克。四年中，于敏、黄祖洽等科技人员提出研究成果报告69篇，对氢弹的许多基本现象和规律有了深刻的认识。
1964 年9 月，38岁的于敏带领一支小分队赶往上海广东会计算机研究所，抓紧计算了一批模型。但这种模型重量大、广东会比低、聚变比低，不符合要求。于敏总结经验，带领科技人员又计算了一批模型，发现了热核材料自持燃烧的关键，解决了氢弹原理方案的重要课题。于敏高兴地说：“我们到底牵住了‘牛鼻子’!”
他当即给北京的邓稼先打了一个耐人寻味的电话。为了保密，于敏使用的是只有他们才能听懂的隐语：暗指氢弹理论研究有了突破。“我们几个人去打了一次猎……打上了一只松鼠。”
邓稼先听出是好消息：“你们美美地吃了一餐野味?”“不，现在还不能把它煮熟……要留做标本。……但我们有新奇的发现，它身体结构特别，需要做进一步的解剖研究，可是……我们人手不够。”
“好，我立即赶到你那里去。”年底，于敏开始从事核武器理论研究，在氢弹原理研究中提出了从原理到构形基本完整的设想，解决了热核武器大量关键性的理论问题，并在平均场独立粒子方面做出了令人瞩目的成绩。
于敏
1967年6月17日，中国的第一颗氢弹在爆炸成功。
上世纪80年代初，于敏意识到惯性约束聚变在国防上和能源上的重要意义。为引起大家的注意，他在一定范围内作了“激光聚变热物理研究现状”的报告，并立即组织指导了我国核理论研究的开展。
1986年初，邓稼先和于敏对世界核武器科学技术发展趋势作了深刻分析，向中央提出了加速我国核试验的建议。事实证明，这项建议对中国核武器发展起了重要作用。
推荐阅读：氢弹研制进程要过5道门槛
目前，公认掌握氢弹技术的国家只有联合国安理会的五个常任理事国。第三次核试验距今不足两年，朝鲜真的跨越常规，依靠三次不完全成功的核装置试验掌握这一技术吗？我们不妨先来看看在氢弹研制进程中，通常需要迈过几道门槛。
　氢弹构型是首要难关
首先是构型理论关。氢弹技术成熟于20世纪60年代的技术，随着五十年来各种相关材料不断公开，氢弹原理已经逐渐曝光：目前仅有的两种氢弹构型是美国的“泰勒-乌拉姆构型”（简称“t-u构型”）和中国的“于敏构型”，二者本质上是类似的，即氢弹包括初级和次级，初级依靠裂变能量爆发出的x射线，引发次级的聚变反应（可以通俗地比喻为“点火”）。在这个过程中，“如何达到点火条件”是氢弹构型设计的核心；相应地，初级裂变材料通常为铀或钚，次级聚变材料通常采用氘氚或者氘化锂。
但是，即使初步了解了构型的大概布置，也只是完整构型设计的第一步——因为这个构型本身是不符合物理直觉的——通俗地说，把次级放在原子弹旁边，应该是原子弹一炸，次级就会被“吹”扁，也就难以产生核聚变了。
说到这里，不得不提到的故事是，当年许多物理大师在这样的物理直觉上栽了跟头。比如在前苏联，恰恰是由于有很多极为优秀的力学专家，因此反而在氢弹研制初期直觉认为“此路不通”。美国的“氢弹之父”泰勒则稍好一些——他计算后发现次级变形限度要求太高，需要加个保护套，然而保护套又会强烈吸收能量，导致无法点火，所以他最初也放弃了这一思路。直到后来乌拉姆又重提此事，泰勒忽然发现自己可能算错了其中一个关键细节，于是两人重新计算，才有了后来所谓的“泰勒-乌拉姆构型”。
故事听起来简单，而事实上这样一个反直觉的设计，既要利用原子弹的裂变能量，又要保证次级的形变，显然还需要许多方面的其他设计和验证的完美配合才行——这就涉及另外两个关口，“多学科协同”与“试验验证”。
“学科协同”与“试验验证”必不可少
再说第二关，“多学科协同”问题。“核武器”这个名称的暗示作用，让许多人误以为核弹研究主要是核物理研究，其实不然。核武器物理设计的中心问题是辐射流体力学广东会组和材料特性广东会组（物态广东会、化学及核反应广东会、辐射自由程问题等问题）的耦合求解问题。在这个核心问题的周围，涉及等离子体物理、原子分子物理、加速器物理、凝聚态物理、爆炸力学、热力学、光学（高速摄影及光子学、光谱学、激光物理等）、化学（放射化学、固体化学、核化学等）、计算机科学（巨型计算机、大规模科学计算方法等）等十余个大类上百个小类的学科体系。这些学科编织成一张互相交叉的学科网络。几乎每一个关键问题的解决，都需要多个学科的协同。一个国家，要建立如此众多的学科门类，在每一个学科都有相应的人才，需要相当强大的基础国力。
学科协同发展的困难在于，由于核武器动作过程是以瞬时、高速、高温、高密度和高能为主要特征的，而这种极端条件下的研究往往不是上述学科的热点领域，因此核武器理论设计中所需的知识积累和参数积累很难从公开资料中获取，需要通过核武器研制部门的专题规划和专题研究才能解决。
接下来就是第三关“试验验证”，也就是必须建立起能够再现这些极端条件的实验场地和设备，来验证关键参数。
如前所述，通过一个反物理知觉的构型实现氢弹，是需要多个方面设计的精妙配合的，而设计问题说到底还是工程问题，需要通过试验来确定关键参数。这也正是美苏两国甘愿斥巨资进行上千次热核试验的原因。美国在此方面技术极为先进，其原以为今后可以靠海量试验数据加上全球先进的巨型计算机可以模拟核试验。但从近两年的情况看，在其核武库的老化研究以及新型核武器设计方面，计算机模拟能力仍然是有差距的。换句话讲，在核武器研制中，核试验是一个无法避开的环节。
具体到氢弹，无论哪个国家，都必须走过“核爆炸装置——武器化原子弹——氢弹”这样一条必由之路。氢弹次级点火的前提条件，就是初级必须当量够大且分量够轻——而这恰恰是原子弹武器化的基本要求。而且，所有做成氢弹的国家，还必须先做一次增强型原子弹的试验，即在原子弹核心放置一些氘氚混合物，使之在原子弹爆炸的高温高压之下发生聚变反应并放出大量中子，从而加快外部包裹裂变材料的裂变反应过程，以大幅提高裂变材料利用效率。这就是“聚变助爆式裂变武器”。这种试验对于验证当量计算与调整、聚变时间、点火温度都是非常必要的，而这些技术恰恰是开展氢弹设计的前提。
足够的核材料与国力是基础
研制氢弹的第四关是要有足够的核材料。俗话说，巧妇难为无米之炊。对于氢弹，初级的裂变材料和次级的聚变材料都是不可或缺的。无论是裂变材料钚还是聚变材料氚，都依赖于反应堆来生产。外媒根据现有材料分析推测，朝鲜恐怕难以生产足够的聚变材料。
最后一关就是工业能力和经济能力问题。生产核材料（铀、钚、重水、氘、氚、锂等）需要庞大的同位素工厂，需要涉及重工业企业为反应堆生产关键部件，而且核试验本身也需要进行规模巨大的工程建设（地下核试验的坑道绵延数公里，深度达地下几百米），还要有复杂、精密、数量巨大的核测设备。可以说，核武器及其试验的基础，是对一个国家的工业能力的全面检验；如果给出一个形象但不太严密的估计，可以说，在各领域技术障碍均已消失的假设之下，对于一个中小国家，投入全部工业能力运转一年，也许可以进行一次氢弹试验。
通过以上分析可知，要发展氢弹，需要解决多重技术、工业与经济困难。对于任何国家的科研人员而言，要在氢弹构型理论和多学科协同设计方面取得突破，是完全有可能的。但是，谁都不可能脱离核武器试验规律和现实生产能力。正常情况下，一国不可能另辟蹊径，不经足够试验即可抵达氢弹试验成功的彼岸，更不能脱离核材料生产和试验所需工业能力的限制。
运载工具亦是难题
除了氢弹本身的研制之外，任何国家要研制核武器，都还面临运载工具的问题。核武器要使用，就必须有运载工具，否则就相当于有子弹而无枪。传统上看，氢弹一类战略核武器的运载工具主要有飞机和导弹两类，目前以后者为主，特别是弹道导弹。但是，要研制使用核战斗部的弹道导弹，同样要解决诸多问题。
首先，要完成核弹小型化的问题。弹道导弹的运载能力有限，如果核弹不能小型化，缺乏可靠性（比如要经受发射震动和大气层外的考验），那就无法用于弹道导弹。核弹小型化对于中小国家而言同样存在障碍，一些国家能够突破核武器原理，但难以做出实用化的核武器，与此有密切关系。
　其次，要突破再入段难关。核弹头再入段是指核弹头从大气层外重返大气层内的过程。在此过程中，核弹头以十几倍音速的再入速度快速接近地面，弹体外部要经受大气摩擦带来的高温。弹体外部的复合材料能否承受这种高温，又对一国复合材料研发和制造能力提出了很高要求。同时，再入段还涉及打击精度、对抗反导等更高的要求。
此外，运载工具本身的效能、生存能力也是问题。一国发展出火箭和初步的弹道导弹并不难，但难在发展高性能的导弹。导弹本身的性能暂且不论，仅就生存性能来说，便于陆地机动、方便长期贮存的固体发动机导弹显然优于液体发动机导弹。固体导弹本身又有技术高低——要实现同样的运载能力，有的国家可以做出短小精悍的型号，有的国家却无法实现导弹的相对小型化。
总之，要发展包括氢弹在内的核武器及其运载工具，对国家的综合国力、科技水平、社会组织结构都有极高的要求，并不是一件很简单的事情。在分析国际新闻时，也可以结合技术层面加以参考。

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