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内爆式弹芯设计绝密资料

发布时间:2019-07-16 12:39 来源:未知 编辑:admin

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  内爆式弹芯设计绝密资料 核弹是利用易裂变元素进行链式反应,将亏损的质量以质能方程:E=MC2 转化 成如冲击波、辐射等形式的能量,在几百万分之一秒内释放出来,从而造成巨大破 坏的武器,下面,我们将详细介绍一枚核弹的设计过程。 第一章 现代最新内爆式 弹芯设计 先说,燃料是铀 235 或钚 239,铀 235 做的保存期上亿 年,钚-239,半衰期为 2.41 万年,常被用制核子武器,纯度必须 90%以上,被分 开保存为多个不会发生裂变的亚临界质量, 以避免象 TNT 一样引爆, 不是核爆炸。 制造:钚 239 的爆炸临界质量是 5 千克左右,为半径 2 厘米的球。 有了核部件、 经过精心计算试验验证的常规化学炸药部件,能可靠地 把铀-235 压缩到临界体积,还是不够引爆。 还必须有专门设计的点火中子源装置。 不然的话, 铀部件临界后开始链式反应。为了使核爆炸能量释放达到最大 值,应该使链式反应的代数达到要求。如果在达到的要求的代数之前,核材料由 于热膨胀而变为亚临界状态,那么这颗“”就成了臭弹。万吨级爆炸能量 的 99.9%以上是在链式反应的最后 7 代释放出来的,其时间约为 0.07 微秒。点 火装置的作用很关键, 它在开始时给裂变材料注入足够多的中子,这样就能使随 后产生的中子数足够多,不致造成“臭弹”。要想发生核爆炸,还要有中子源帮 忙。 中子源就象一个能引暴核弹的小火源。中子源——铍、钋弹丸球,它是一 个铍制的空心金属球,里面填充钋金属,用金箔片隔开。钋 210 是人工核反映堆 中合成,能时刻自发产生大量阿尔法粒子。 经计算,在我们的设计中,弹芯材料选为钚 239,反射层为铍 9,弹芯由 几层球状的金属壳构成。 中心部位是一个半径为 1cm 的中子源( 铍/钋弹丸); 第二部分为空间 3 厘米的空间; 第三部分为 2cm 厚的钚 239 燃料层球碎片(钚 239 重量为 5KG) ,我们将 1cm 厚的铍(重量为 0.7KG)布置在紧贴着钚 239 表面; 然后第四部分是 3cm 厚的炸药爆轰驱动机构(炸药爆轰装置质量为 5kg) ; 最外层的第五部分是 1cm 厚的铍(重量为 2.1KG)加 1cm 厚的铀-238 金属 外壳(重量为 2.6KG) 。 当然最后不能忘记在弹芯中间插上一根半径约 2cm 的中子管 (具体设计见 后文) 。 这样我们就完成了弹芯的临界设计,弹芯为总质量大约为 14KG、直径 22 厘米的圆球体,相当于一个篮球大小。 结构示意图如下: 第二章 综合设计 1、 驱动装置我们选用一个球形爆轰驱动装置,示意图如下: 该装置的原理是炸药爆炸并制造冲击波。 由布置在最外侧的一组炸药透镜 均匀地引爆主炸药柱 1 产生一个向心爆轰波, 推动钚 239 燃料球碎片迅速向中心 压缩,当核燃料之间紧密结合时,冲击波驱动铀 235 或钚 239 碎片形成一个球。 当亚临界质量的燃料块结合时, 铀 235 或钚 239 碎片撞击位于球心的中子源 ( 铍 /钋弹丸)。铍、钋弹丸中的箔片被弄破,钋自发地释放出阿尔法粒子,这些阿 尔法粒子撞击铍生成很多自由中子, 这些中子将诱发铀 235 或钚 239 开始发生剧 烈的链式核裂变。 裂变反应正式开始。 核弹爆炸。 2、 炸药透镜 要取得良好的爆轰压缩效果,我们必须对每个过程及参数进行周密地计算。 这样向心压缩时,炸药质量为 4kg,材料可以选用 JO-9159,该种炸药密度为 1.86g/cm3,正常爆速为 8.86km/s,爆压为 36.8Gpa,Gurney 速度为 2.85km/S,与美 国的 PBX-9404 炸药性能相当, 属于我国军方最好的炸药。我们可以将反射层制成如 下图的锥体均匀布置在球面上: 在炸药中,爆轰波是以电子雷管为点爆散心的,而我们所设计的装置是一个直 径一米多的球体,为了将球面波转化成我们所需的平面波,均匀地投射到主炸药表 面,我们可以仿效光学折射原理,利用两种高低爆速的炸药组合成炸药透镜,即平 面波发生器。如图(十)所示: 在这里,我们以 Baratol(TNT/Ba(NO3)2 作为低速炸药, 铸装 TNT/RDX(40/60)作为高爆速炸药,两者交界面处理成圆滑双曲面,锥顶 角为 53°,为了在球面上保持对称,我们将 32 个多边形炸药透镜对称装在主炸药 的表面,就像一个个突起的足球皮,1945 年胖子核弹就是采用类似的炸药透镜,由 于对爆炸时间计算的需要, 该炸药透镜的工作高度可近似看成是轴线处(即尖顶处) 低速炸药 Baratol 高度的 1.4 倍左右,所以爆轰波通过炸药透镜的时间是 1.5X10-5 秒。 3、中子管的作用: 没有中子源( 铍/钋弹丸),根本爆炸不了,所以中子源( 铍/ 钋弹丸)放在铀球核心是很危险的,所以平常放置在外面,起爆前,通过控制系 统才将其通过中子管管道塞入铀球核心。钋半衰期 138 天,所以差不多半 年就要换一个新的中子源( 铍/钋弹丸),这点很麻烦。 最后为了将中子管部件插入裂变材料中心,我们需要拆掉一块炸药透镜组件, 这对其产生的不均衡度不到 10%,是可以接受的。 再说氢弹构造: 1、 美国的 泰勒-乌拉姆型聚变弹 2、 为理解这种核弹的设计,想像弹壳内有一枚内爆的和圆筒形的铀-238 套 管(反射层)。反射层内的是氘化锂(燃料)和位于圆筒轴心的中空的钚-239 棒,中空的钚-239 棒中间填充着数个中子源( 铍/钋弹丸)。将圆筒和内爆弹 分离开的是铀-238 护罩和填充核弹套管剩余空间的塑料泡沫。核弹的引爆导致 如下事件顺序发生: 3、 1. 2. 3. 4. 5. 爆炸,释放出 X 射线。 这些 X 射线加热核弹内部和反射层,而护罩则避免燃料过早引爆。 热量导致反射层膨胀并被烧尽,同时向内部的氘化锂施加压力。 氘化锂被挤压到大约原来的三十分之一。 压缩冲击波引发中空的钚棒的变形, 引起位于棒心的中子源 ( 铍/钋弹丸) 中的箔片被弄破, 钋自发地释放出阿尔法粒子,这些阿尔法粒子撞击铍生成很多 自由中子,这些中子诱发钚棒开始发生剧烈的链式核裂变。 6. 裂变中的钚棒释放出辐射、热量和大量的中子。 7. 中子进入氘化锂,与锂结合生成氚。 8. 高温和高压的结合足以引发氘-氚和氘-氘聚变反应,从而生成更多的热 量、辐射和中子。 9. 聚变反应释放出的中子导致反射层和护罩中的铀-238 碎片裂变 10. 反射层和护罩碎片的裂变将生成更多的辐射和热量。 11. 核弹爆炸。 12. 所有这些事件在亿分之 6000 秒内发生(其中内爆需要亿分之 5500 秒, 聚变事件需要亿分之 500 秒)。结果是比“小男孩”的威力高 700 倍以上的巨大爆 炸:它有 1,0000 千吨当量。 氢弹差不多半年就要换一批新的中子源( 铍/钋弹丸),这点更麻烦。实际上数个 中子源串联起来是放置在氢弹中空的钚-239 棒外的,氢弹同样非常安全。

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