于敏构型

于敏院士独创的氢弹构型

于敏构型

于敏构型是中国科学家于敏独创的一种氢弹构型,正是这种氢弹构型使中国在氢弹研制上以世界第一的速度,仅仅不到三年的时间就完成了由原子弹到氢弹的过程。[0]氢弹的研发属于最高国家机密。[2]于敏构型一经公布便已经具备实际投送、实战的基础水平。小型化上优于美国的T-U构型。[0]

于敏构型是中国科学家于敏独创的一种氢弹构型,正是这种氢弹构型使中国在氢弹研制上以世界第一的速度,仅仅不到三年的时间就完成了由原子弹到氢弹的过程。[1]氢弹的研发属于最高国家机密。[3]

于敏构型一经公布便已经具备实际投送、实战的基础水平。小型化上优于美国的T-U构型[1]

研究背景

1961年1月12日,于敏被钱三强约见并任命其为副组长。经过艰辛探索,于敏解决了氢弹原理方案最关键的难题,为最终完成“于敏构型”奠定了基础。在大批科学家和技术专家的共同奋斗下,中国从第一颗原子弹爆炸到第一颗氢弹爆炸仅用了2年零8个月。[4]

原理

中国的于敏构型氢弹是所有核武器国家中耗时最短的。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。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。该装置中含有U235、氚化锂-6和U238。[5]它被从一架轰六上扔下,在罗布泊试验场上空2960米处引爆。[6]

氢弹爆炸
氢弹爆炸

氢弹构型

世界上的氢弹结构只有两种,一是美国人爱德华·特勒斯塔尼斯拉夫·乌拉姆设计的“泰勒·乌拉姆”(T-U构型)构型,另一种是中国人于敏设计的“于敏构型”。[7][8]

T-U构型

美国人爱德华·特勒斯塔尼斯拉夫·乌拉姆设计的“泰勒·乌拉姆”(T-U构型)构型,是世界已有氢弹之一。T-U构型的氢弹保存养护成本很高,2011年年底美国销毁了拥有的所有氢弹。[7][8]

美国 T-U构型(泰勒-乌拉姆型)氢弹
美国 T-U构型(泰勒-乌拉姆型)氢弹

基本原理

泰勒·乌拉姆”核聚变弹被称为“两级炸弹”,分别是裂变触发器(第一级)和压缩聚变胶囊(第二级)。触发器虽然强大,但是它能够压缩的胶囊大小是有限的,可用时间有限。如果需要更大的核弹,可利用核聚变二次爆炸压缩并爆炸一个更大的第三级。每一级的大小是前一级的10-100倍,三级相当于50公吨炸弹。[8]

于敏构型

1967年6月17日,中国爆炸第一颗氢弹——“于敏构型”的氢弹。[2]“于敏构型”的氢弹威力比T-U构型的高,且养护成本低于T-U构型的。截至2018年,中国是国际上唯一一个保有30枚氢弹的国家。[7]

视频暂不可用
1967年6月17日中国爆炸第一颗氢弹
于敏构型示意图
于敏构型示意图

研发经历

于敏自被请来工作后,立即用Breit-Wigner公式严格证明了,所有轻核反应的截面均绝对不可能超过5巴。采用氘化锂是第二选择。在dāo化锂介质中,不仅可以由氘氘反应产生chuān,而且还能由中子和锂6的反应形成氚。于敏运用逆康普顿散射机制,仔细计算了一个满足玻尔茨曼分布的电子和一个满足轫致辐射谱的光子相碰撞并逐渐转移能量的过程,最后证明,等离子体中的电子会迅速地将能量传输给光子,而处在均衡态的光子的能量密度,一定归结为普朗克能量密度,即aT4,进而否了氘化锂。对于氢弹的爆炸是提供一个人为的类似于原子弹起爆的内向的“向心”压缩波,使腔内氘化锂温度升高和密度增大点燃其中的氘氚反应,从而导致了氢弹的迅速爆炸。其爆炸机理其实是和原子弹爆炸机理相似的由内向性“爆轰波”所引发的中子链式反应式的爆炸。[2]

评价

中国科学院院士,粒子物理、理论物理学家何祚庥曾言:“打个比喻,一个由11人组成的足球队,在场上踢球,但起关键作用的人员,却往往是场外的教练和冲在前面射门的前锋。于敏正是这支足球队的教练兼中锋。至于我,虽然也添在前锋之列,但我这位边锋,虽然也曾多次和于敏并肩作战,但到了关键时刻,临门一脚、应场入网的却总是于敏院士。至于我,最多只能将足球踢到能由于敏“举足破门”的最佳位置。在我来看,将中国的氢弹称之为‘于敏构型’ ,是完全准确而恰当的。”[2]

于敏院士
于敏院士

参考资料 8

  1. 于敏构型是否迟滞新核武研发:中国中子弹世界领先 — 新浪网——新华网
  2. 何祚庥忆于敏:当之无愧的氢弹构型最主要发明者 — 中国科学院
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 朝鲜炸的真是氢弹?得过这六关 — 环球科技
  6. China's Nuclear Weapons — nuclear weapon archive
  7. 参考 7
  8. Basic Principles of Staged Radiation Implosion — nuclear weapon archive
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