日本真能一月就造出原子弹？
2016-01-18 10:20:35 来源：凤凰军事 点击： 复制链接
日本在福岛核电事故处理不力，遮遮掩掩，其中有什么玄机？
五常大棒你拿得动？系列之二：日本真能一月就造出原子弹？
亚洲的国家都很有志气，但凡没有安全感的，为了自身国家的安全和政权稳定都或多或少的有过自己的核武器计划。但是相对欧美国家，落后的工业基础和科研环境是他们的巨大软肋。再加上核大国对核武器技术核材料上的封锁，除了中国突出重围，独自获得巨大成功之外，其他国家即使获得了某些“外援”也依旧停留在原子弹的技术层面上。
那么原子弹到底有多简单，或者有多难？据说日本只要摆脱束缚，一个月就能拥有核武器的说法，是可能的吗？这一切的答案，都要从原子弹本身的设计和制造难度说起。
中子在铀块中的运动
首先要解决原理问题
原子弹的原理是原子核裂变的链式反应。为了达成这两点，需要很多工程技术工作来进行保证。
首先是原子核裂变的问题：放射性元素自发的从原子内发射出粒子而衰变为其他元素，这之间伴随着能量的释放，这个过程称为衰变。而裂变则是原子核在受到其他粒子撞击时破碎，产生的大块原子核碎片形成其他元素，产生的新粒子则成为辐射。经过研究，适合武器化的裂变反应主要有三种：
U235吸收1个中子裂变，同时产生新的中子和能量
U238吸收1个高能中子裂变，同时产生新的中子和能量
Pu239吸收1个中子裂变，同时产生新的中子和能量
裂变原理很简单，通过不停的实验就可以获得反应条件。而如何形成链式反应，让原子弹持续自发的将核装药反应完全，则是比较困难的。链式反应至少需要以下条件：
1、 保证中子在反应空间内的增殖。裂变反应需要中子才能继续进行，而如果新产生的中子不足以抵消消耗，或者中子因其他原因消失，则链式反应就无法进行。
2、 增值的中子必须能量合适。U235的裂变反应条件比较温和，对中子的能量条件不敏感。但是U238则必须要高能中子才能裂变，否则就会出现吸收效果，中子数量的下降将导致链式反应的停止。所以通常的原子弹都以U235为裂变材料。
3、 核材料在反应过程中必须保持完整。核反应时会产生大量的能量，高热将瞬间使得材料膨胀飞散，需要保证材料在完全炸飞前大部分完成反应。
有了链式反应的理论支持，那么为了实现核爆炸就是一个工程实践的问题了。
“胖子”是一颗典型的内爆法钚弹
再说设计方法
核材料维持链式反应的进行需要一个“临界质量”。这个“临界质量”并不是一个固定的量，而是指刚好能进行链式反应的物理条件。只要几何形状够小且质量足够，保证新生的中子大多数都能在逸散出核材料之前碰到铀原子。同时在核材料外围加上一个中子反射层（通常是铍）。达到此条件后，再给将核材料用中子源点火，那么链式反应就将继续下去。
所以设计的关键就是如何将亚临界状态的核材料进行“快速装配”，使其超过临界状态。“快速装配”的方法主要有两种：
最简单可靠的是“枪法”核弹。以铀为反应材料，钚并不适合。
顾名思义就是将一部分铀材料像子弹一样射入另一块铀材料中，使其超过临界质量而起爆。
特点是技术条件简单，但是核材料利用率低，污染严重。例如广岛的“小男孩”，核装药64公斤，而利用率只从有1.2%，剩下的材料都被炸飞了。美国对这种设计的可靠性很放心，没做试验就实战了。
另一种方法是“内爆法”核弹。可以用铀或者钚作为原料。
这种方法是在球形核材料外布上一圈炸药同时引爆，爆轰波对核材料进行挤压，从而极大地缩减核材料的体积，从而超过临界质量。
这种方法对爆炸的技术要求很高，爆轰波必须同时作用于核材料上，误差超过1微秒都将失败。对于爆炸材料的装配和设计提出了严格的要求。而如何充分利用爆炸的能量将核材料尽可能的压缩，提高其威力则是需要不断的试验来积累经验才能完成的。
根据美国的文献资料，内爆法原子弹的临界质量，以实心球计算的话，需要至少50公斤铀或者16公斤钚。如果用空心球的话，则可进一步减少需求。现代核武器只需要3公斤的钚就可以。
美国早年在橡树岭建立的气体扩散工厂
最后是制造环节
原子弹的主要材料是U235或者Pu239，虽然设计U弹比Pu弹的难度要小一些。但是提取U的难度却比Pu要大得多。
U235是天然存在的，占天然U的0.7%左右。从天然U元素中提取U235。利用U235和U238原子核重量的不同，可以用电磁分离法、离心法、气体扩散法、喷嘴分离法和激光分离法几种。其中激光分离法效率最高而且耗资少，但是技术含量也最高。而气体扩散法应用比较广（例如印度），但是能耗高投资大。美国的橡树岭扩散工厂投资20亿，是激光分离工艺耗资的一倍还多，能耗则更是激光法的10倍。而且占地面积巨大，建设周期长，所以美国后来主要使用激光分离法提取U235。技术条件较差的国家（例如伊朗和朝鲜）则通常选择离心法，这对供电问题提出了巨大的挑战，通常需要专门建设配套电厂。
Pu239只能从反应堆中产生，但要进入生产也不太容易。首先需要建造反应堆，生产完成后把反应堆关停，并从中萃取Pu239盐溶液。然后将Pu盐还原成金属状态。
可以看出，制造U235必须大规模工业化生产，而Pu239则可以在实验室条件下完成，也可以在核电站中偷偷的完成（例如日本）。
美国投掷在长崎的“胖子”原子弹和B-29轰炸机
所以，对于今天的日本而言，制造原子弹并非什么难事。其核材料受到美国的监管，目前大概有40千克左右的武器级钚。而武器级铀则需要寻找铀矿再建设工厂，然后才能进行提纯，费时费力。因而最有可能实现的技术路线是内爆法钚弹。以日本的炸药工业引爆一颗低技术等级的原子弹还是绰绰有余。乐观的话，日本只需要数月就可以达到核试验的程度。
然而日本最大的问题是短期内缺乏投射能力。这涉及到核武器小型化的问题。大块头的核炸弹只有轰炸机才能运载，这对于航空能力薄弱的日本而言是以年为单位计算的难题。所以只能考虑核导弹，然而如何设计一个体积小威力大的原子弹则需要进行核试验来收集相关数据。所以日本即使短期内拥有了核武器，不做几次正经的核试验，是不可能拥有实战能力的。
最后回到上一期的威力问题上来。原子弹的威力有一个很明显的矛盾之处：增加威力需要多装药，而核材料过多则容易在反应过程中把材料炸散导致反应不完全。所以成熟的核大国为节约材料和减少污染，原子弹的当量都在数千到数万吨。想要达到满意的毁伤效果，只能另寻出路了
责任编辑：吴步璇 最后更新：2016-01-18 10:25:47
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