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原子弹能有多小?一粒米大小的原子弹,爆炸威力有多大?

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  原子弹并不能做到很小,氢弹也不能。不管是核聚变还是核裂变,不是一块核材料就可以引爆的,还需要外围引爆结构。光这些结构就不是一粒米能装下的。

  众所周知,原子弹是利用核裂变材料的链式反应短时间内释放出巨大的能量而产生毁灭性伤害的一种武器。虽然很少的核物质就能发生链式反应,但是要引发这种反应,必须用传统的化学炸药作扳机,产生高温高压进行引爆。

  

  此外,核材料虽然是固体,但要想引发链式核裂变反应,产生核爆炸,核材料需要保证一个最小的质量,这个质量被称作临界质量。这也是原子弹不能做得很小的原因。

  原子核是由质子和中子构成的,而中子不带电很容易打进原子核,从而引发核裂变反应。因为原子核非常小,要保证有足够多的自由中子击中原子核发生裂变,而不是大量中子从核材料中逃逸出来,所以核材料就必须有足够的大小,也就是达到临界质量,才能引发链式裂变反应。

  

  临界质量的大小取决于核材料的种类、富集度、几何形状、有无中子反射层等因素。

  在有铀238做中子反射外壳的前提下,且富集度在90%以上,球形铀235的临界质量为15千克,球形钚239的临界质量为5千克。高浓度铀的提纯十分不易,15公斤铀大概需要3000吨铀矿石。

  

  如果想要原子弹中的核材料的填充量小于临界质量,也不是不行,比如可以使用更好的中子反射材料。

  正因为如此,所以原子弹不可能做到一粒米的大小,至少以人类现在的科技完全做不到。

  那么世界上最小的原子弹有多小呢?世界上有史以来最小的原子弹是M388“大卫·克洛科特”核炮弹,长78厘米,直径最粗处仅28厘米,整颗炮弹的质量仅有23千克。它是世界上最小的战术核武器,有10吨和20吨的可选当量。有趣的是这个炮弹爆炸后的杀伤半径大于射程。

  

  虽然造不出来,但是我们可以从理论上计算一下这一粒米大小的原子弹所能释放出的最大能量。

  一粒米的体积为0.003立方厘米,而铀的密度为19克每立方厘米,那么一粒米大小的铀235材料的质量为0.057克。

  铀235裂变时理论上质量亏损0.094%,那么大约亏损0.00005358克的质量。根据爱因斯坦的质能方程E=MC^2,这么一点质量会产生4822200000焦的能量。

  按约定,一克TNT爆炸时会释放4184焦耳能量。那么米粒大小的铀原子弹理论上大约能产生1.15吨TNT爆炸当量的能量。

  1吨多的TNT发生爆炸,绝对能把一座大楼炸平。

  不过,原子弹的实际爆炸威力远达不到上述水平。首先核燃料做不到100%纯度,其次这些核材料还来不及反应就被炸飞了。

  

  世界上第1枚用于实战的原子弹叫小男孩,被投掷到了日本广岛。小男孩总共装填了60千克的铀235,不过由于枪式原子弹质能转换效率低,估计只有700克铀235发生了裂变反应。虽然只有700克,但就是这么一点质量却释放出了相当于1.5万吨 TNT爆炸当量的能量。也就是说,一克铀235发生裂变反应,就相当于21吨TNT爆炸的能量。

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