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一颗只有一粒米大小的原子弹爆炸后威力能有多

2019-10-15 10:13

问:一颗只有一粒米大小的原子弹爆炸后威力能有多大?你怎么看?

不是我泼冷水,以人类目前的科技实力是制造不出一粒米大小的原子弹的。原子弹是以核材料的核裂变链式反应释放巨大能量而产生威力的一种武器,但是要诱发核材料的链式反应必须以传统的化学爆炸产生高温高压为前提,这也就是为什么原子弹内部必须装填一定量的TNT炸药作为起爆扳机的原因。所以别说制造一粒米大小的原子弹,就是一粒米全部装满TNT炸药,也不足以引发链式核反应,因此一粒米大小的原子弹更是不可能造出来的。

既然一粒米的原子弹不能造,那么我们就只能讨论讨论一粒米大小的核材料(以铀235为例)裂变后的威力有多大。投放在日本广岛的世界上第一颗原子弹——小男孩,它的尾塞里装有60公斤铀235,但是由于枪式原子弹转换效率太低,最后只有约700克铀235发生了裂变反应,不过就这么一点裂变能量,最后爆炸产生的TNT当量也高达1.5万吨,也就是说一克铀235裂变产生的能量约等于21吨TNT爆炸的能量。

一粒米的平均体积大约为0.02立方厘米,而铀235的密度为19.05克/立方厘米,换算下来,一粒米大小的铀235的重量大约为0.38克,按照一克等于21吨TNT炸药计算,一粒米大小的铀235裂变产生的能量约等于8吨TNT爆炸,那么8吨TNT爆炸的威力有多大呢?
66式152毫米加榴炮高爆弹TNT装药大约为6公斤,能在地面上炸出直径5米,深1.8米的大坑。美军Mk-84航弹内部装药430公斤,加上高空投掷的动能加速度,在地面爆炸的威力差不多等于1吨,在地面能够炸出直径11米的大坑,冲击波殃及120米之外。如果是8吨TNT同时爆炸,弹坑直径最起码在20米以上,冲击波范围在300米以上,炸毁一座像世贸大楼这样的超大型建筑绝对不在话下!

一颗只有一粒米大小的原子弹爆炸后威力能有多大?

从理论上看,并不能制造出米粒大的原子弹,全世界最小的原子弹是M388“大卫·克洛科特”核炮弹,长780毫米,直径最粗处280毫米,是世界上实战部署过的最小核武器!它是五十年代的W-54核弹头基础上研发的,有10吨和20吨当量可选!无法把原子弹制造到无限小是因为它并不是一块核材料即可引爆,还需要外围引爆结构,如果按临界质量来计算的话,它还可能更大!

一、何为临界质量?

如果是裂变的原子弹,那么就会涉及到一个临界质量的概念!它的本质是能让核材料中的自由中子在于逃逸出整块材料之前能撞击到下一个原子核的最小质量,如果质量太小,那么就没有机会撞击产生链式反应,如果足够大那么就可以形成原子弹所需的链式反应!

各位可能搞不明白一整块核材料都是固体,为什么自由中子会从里面跑出来?那么我们得来了解下:U235原子的直径是原子核的26634倍,而质子则是原子核直径的百分之一左右,中子的直径只有质子的一半,要击中另一个原子核的话,相当于从一个体育场中心打高尔夫击中另一个体育场中心的一个篮球大小的物体!所以需要有足够大的体积才不至于让这颗中子在撞击到另一个原子核之前跑出材料外!

钚—239的临界质量为5千克;

铀—235的临界质量为15千克;

请注意,以上临界质量需要铀—238作为中子反射材料!

二、能制造出低于临界质量的核弹吗?

上文中有说明,低于临界质量的中子会在撞击到原子核之前就跑出核材料!那么很明显只有10吨TNT当量的核弹核材料明显是低于临界质量的,那么这些核弹是如何制造的呢?

当然无论是满足临界质量要求还是不满足临界质量的核弹,都有一个中子反射层,因为我们希望在核材料炸散之前,有尽可能多的核材料产生裂变,那么自由中子你被反射回来就成了一个重要的手段!简单的说只要中子反射材料足够好,那么我们就可以把核材料的装药量减小,甚至做到非常小!比如本文开头的M388“大卫·克洛科特”核炮弹,整个炮弹质量只有23千克!

它的射程只有2千米,但它对人体的杀伤范围超过5千米,对于这种武器您有什么话要说?

三、一块米粒大的U235彻底释放能量,威力有多大?

这个是无法制造的,因此我们只能计算核材料彻底裂变时候的能量,以下为参数:

米粒大的U235材料按3立方毫米计算

铀的密度为:22.48g/cm^3,

那么这块材料的质量约为:0.00006744kg

U235材料裂变时质量亏损约0.0935%,那么亏损约:0.0000000630564kg

按大神爱因斯坦的质能方程E=MC^2,约合:5667226605.25J

按一吨TNT4184000000J计算,那么总共约合:1.34吨TNT的能量!

各位可以想象一下1.34吨的TNT爆炸产生的能量,不过提醒下各位,一般一枚152MM的高爆榴弹装药量约为6千克TNT,杀伤范围大约400M直径!

前提:假设这么少可以爆炸。

原子弹有两种重要原料铀235或钚239。

我们就以威力小的铀235为原料来计算一粒米大小的原子弹爆炸威力。

热中子轰击铀-235原子后会放出2到4个中子,中子再去撞击其它铀-235原子,从而形成链式反应。

核反应方程式可写为

裂解过程中由于有质量损失,所以根据质能方程

一个铀235核裂解释放出来的能量为

一粒米大小约重0.02克,密度1.67g/cm^3,铀235密度为19.05g/cm^3,所以一粒米铀235重量为0.02*(19.5/1.67)等于0.65克,换算成摩尔单位就是0.00277mol,1mol含有6.021367×10^23个粒子,所以一粒米大小含有铀235个数为

故一粒米铀235核裂变可释放能量为

一吨TNT炸弹释放的能量为

所以一粒米铀235核裂变可释放能量相当于TNT炸弹

这么简单的问题讲了一大堆没有一个回答出来,绕来绕去的烦死了,假如我这样,要被老总当场拍死!我来说: 广岛原子弹u235有60公斤,实际裂变1公斤,爆炸的力量相当于13000吨TNT,一粒米0.1克,那么就相当于1.3吨TNT的力量,1.3吨可以炸出直径130米的大坑,虽然很方便携带了,但是强大的辐射会将周围的人烧伤,人们会被辐射烧得当场呕吐,甚至有的人会变异,比如长到3米高,或者突然很聪明,什么考试都考满分,但是假如长出2个鼻子,估计人家不会饶你,所以不建议携带。


人类威力最大,破坏力最强的武器是前苏联研制的“沙皇”炸弹,相当于5000万当量的TNT,这还是削减版本的,本来设计是一亿当量,但是由于没有合适的场地再加上国际的舆论压力的原因,苏联最终决定削减一半当量,但就算是这样“沙皇”炸弹仍然是目前人类掌握的威力最大的武器,当时爆炸产生的蘑菇云宽40千米,高64千米,比是珠穆朗玛峰高7倍还多,爆炸产生的电磁脉冲波造成全球通讯中断一小时。

咱们对比一下美国扔到日本的原子弹

迫于苏联钢铁洪流的和核弹的威胁,美国决定把核弹推向小型化,便捷化,常规化,于是世界上最小的核弹在1955应运而生,它就是M-388无后坐力核炮弹,重34.5千克,长780毫米,最宽处280毫米,杀伤效果非常好,辐射范围也广,但是有一个不能忍受的缺点那就是,这种核炮弹发射距离只有2.72公里,这个距离是处于核炮弹的辐射范围的,也就是说,谁发射谁倒霉,得跟着敌人一块死,这可要了老命了。

说到这问题就出来了,为什么美军不继续削减核弹的当量呢?比如削减到和咱们题目中说的和米粒一样大小,还真不行,不然美军早就这么做了,也不至于最后让这款杀器退役啊。原因就是一粒米大小的核弹无法达到实现核爆超临界状态。至于为什么可以看下方的“核先生科普”的回答他是这方面的专家,这方面我真的不太擅长,抱歉

通过计算可以知道,一粒米的重量约为0.02克,在现有科技条件下无论如何也做不到一粒米大小的原子弹,相当于铀—235的临界质量为15公斤和钚—239为5公斤这样的级别,而满足不了临界质量的米粒级原子弹其威力也不大。原子弹是核武器之一,它是利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器,主要靠核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用,以及造成大面积放射性污染,以达到战略目的的大杀伤力武器,由于原子弹爆炸威力无比,其爆炸释放的能量用TNT炸药的重量TNT当量来表示。

从原子弹爆炸、核电站事故就可以看出核武器的危害了,更何况还有其他大规模的杀伤性武器的存在,因此国际社会有许多的人或组织抵制核武器。

原子弹的核装药有两种:一种是铀235,另一种是钚239。其中铀235 的浓缩度要在93%以上,最好是95%!而且铀浓缩只是制造核弹的第一步,而核装药的铀或者钚还需要有“临界值”才行,也就是说超过临界值才能出现核爆炸,也就是说这两个核材料不但要有浓缩度,还需要有一定的重量才行,根据公开的资料“广岛原子弹”使用了60公斤的浓缩铀,才产生了20000吨TNT的当量,受当时技术水平的限制,其中只有4公斤发生了链式反应!

U235要想产生核爆炸理论上需要52公斤才行,如果在外层有中子反射层,只需要15公斤。但原子弹实际制造中要超过这个重量。

52公斤也好,15公斤也罢它们的体积都大大的超过了一粒大米,虽然铀的密度很高的是19.05克/立方毫米…但,一粒米大小的铀235也 不可能产生链式反应,同时原子弹不仅仅是有核装药,还有高能炸药、电子器件、最外面的包裹层,如果将这些都算在一粒米的体积内,那么核装药的重量就更少了,估计2克都不到,2克怎么产生链式反应?

钚239是比铀235 用量少一些的原子弹爆炸核材料,核爆炸理论以10公斤为临界值,也就是说10公斤以上的钚才能产生核爆炸,钚的密度是19.816克/立方毫米…一粒米大小的钚239也不可能产生核爆炸。所以,用一粒米大小的体积去制造原子弹不可能实现。既然一粒米的原子弹不能造,那么我们就只能讨论讨论一粒米大小的核材料(以铀235为例)裂变后的威力有多大。投放在日本广岛的世界上第一颗原子弹——小男孩,它的尾塞里装有60公斤铀235,但是由于枪式原子弹转换效率太低,最后只有约700克铀235发生了裂变反应,不过就这么一点裂变能量,最后爆炸产生的TNT当量也高达1.5万吨,也就是说一克铀235裂变产生的能量约等于21吨TNT爆炸的能量。

在地面能够炸出直径11米的大坑,冲击波殃及120米之外。如果是8吨TNT同时爆炸,弹坑直径最起码在20米以上,冲击波范围在300米以上,炸毁一座像世贸大楼这样的超大型建筑绝对不在话下!








一粒米有多大?这是笔者拿卷尺量“东北长粒米”得出的直观结果,长度最多5毫米、宽度在2毫米、厚度1毫米多一点,这样一个小的体积不可能制造出来原子弹!

我们都知道,原子弹的核装药有两种:一种是铀235,另一种是钚239。其中铀235 的浓缩度要在93%以上,最好是95%!而且铀浓缩只是制造核弹的第一步,而核装药的铀或者钚还需要有“临界值”才行,也就是说超过临界值才能出现核爆炸。
这是广岛原子弹(铀弹)和长崎原子弹(钚弹)的爆炸示意简图。

铀和钚在产生链式反应时需要有“临界值”,也就是说这两个核材料不但要有浓缩度,还需要有一定的重量才行,根据公开的资料“广岛原子弹”使用了60公斤的浓缩铀,才产生了20000吨TNT的当量,受当时技术水平的限制,其中只有4公斤发生了链式反应!

U235要想产生核爆炸理论上需要52公斤才行,如果在外层有中子反射层,只需要15公斤。但原子弹实际制造中要超过这个重量。

52公斤也好,15公斤也罢它们的体积都大大的超过了一粒大米,虽然铀的密度很高的是19.05克/立方毫米…但,一粒米大小的铀235也 不可能产生链式反应,同时原子弹不仅仅是有核装药,还有高能炸药、电子器件、最外面的包裹层,如果将这些都算在一粒米的体积内,那么核装药的重量就更少了,估计2克都不到,2克怎么产生链式反应?

钚239是比铀235 用量少一些的原子弹爆炸核材料,核爆炸理论以10公斤为临界值,也就是说10公斤以上的钚才能产生核爆炸(核裂变),钚的密度是19.816克/立方毫米…一粒米大小的钚239也不可能产生核爆炸。

通过对铀235和钚239的最粗略介绍,可以得出以目前的核爆炸理论来看,一粒米大小的铀或者钚根本制造不出来原子弹,它的质量太轻了不会产生链式反应,而且原子弹不只是有核材料就能爆炸的,各种杂七杂八的辅助材料和装置也是很多的,一粒米大小的体积内根本装不下。
我国首枚氢弹实验,当量为300万吨TNT当量,估计铀235核扳机所用的铀235和钚239主装药加一起会用到几百公斤的质量

所以,用一粒米大小的体积去制造原子弹不可能实现。

威力很大,大的可是轻易杀死一个把它装在兜里的人。

以常用的原子弹核装药U235为例。一个米粒大小的丰度超过95%的U235,有着非常强的放射性。靠近它的人,很快就会因为受到超剂量的辐射而死去。而靠近它的人,也很容易因为超剂量的辐射而生病。也可能会死。

至于爆炸嘛。不好意思,它还不具备那个功能。

原子弹的爆炸原理是有放射性的金属元素通常是U235或者钚239发生链式反应而瞬间释放出巨大的能量。

但是,无论是U235还是钚239。要发生链式反应都是有前提条件的。

这个前提条件是金属的质量足够大。

这个质量被称作“临界值”。

比如U235,它发生链式反应的临界值大约是15公斤。换句话说,一块没有超过15公斤的U235金属块就只是一个有放射性的金属块而已。不会发生爆炸。

原子弹的爆炸过程,就是一个使用外力将两块亚临界的U235或者钚239的金属块压在一起,使其总质量超过临界值而自动发生链式反应的过程。而一个米粒大小的核装药,是远远达不到发生链式反应的条件的。但是,由于核装药都有着非常强的放射性,对人体的伤害比X光要强得多,人一直待在这种环境下,又没做好防护工作的话,会很快因辐射而死去。

因此,尽管只有一个米粒大小,对人体的损坏还是非常大的。

这个问题本身有问题,一粒米大小的原子弹无法实现核爆的临界条件,这个问题就像给太平洋安装护栏,给喜马拉雅山安装电梯一样,没有意义。

从工程角度看,超出了可行性阈值,原子弹临界质量在15公斤以上,显然一粒米不可能达到15公斤,最小的战术核弹也有两米多的长度。如果非要计算相当于一粒米重量的铀原料能量,也是可以计算,我们可以感觉广岛原子弹1公斤多的裂变材料等比估算一粒米重量的TNT当量,当然结果也是很可观的,至少相当于数十发榴弹炮的能量。

因此,这个问题除了满足好奇心之外,没有工程学上的意义,临界条件都不具备,如何进行裂变反应,就算科技达到了天顶星的地步,也不会去造一粒米重量的核武器。

这就像我们今天能够该500多米的高楼大厦,为什么不用木材盖?虽然我们能的科技完全能够去试试用木头到底能盖多高的楼,但没有人会这么做。

铀235的链式反应如图。正常情况下,要保证中子能够撞击产生反应,必须具备足够的体积,这个叫做临界体积,如果铀块的体积小于临界体积,中子从铀块中通过时,可能还没有碰到铀-235而引起裂变前就已飞出铀块外去了。于是中子数目越来越少,不能使链式反应继续下去。U235球形的直径约4.8cm就达到了临界体积,其临界质量大约1kg左右。核弹分为内聚式和枪式,内聚式是把核材料分为无数不超过临界体积的小分,tnt直接引爆中子源而发射出大量中子产生链式反应,枪式是将两块没达到临界体积的铀235通过信管爆炸接触到一起直接达到临界体积而爆炸。




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关键词: 原子弹 一粒米 威力 爆炸