那些你應該知道的核武器常識

盡管有關核武器的一些基礎技術和原理早已不是什么秘密，但是真正能制造出可以被用作軍事用途的核武器依然是一個非常復雜的過程。核試驗是其中的一個必需環節，只有通過核試驗才能確認核武器的設計和制造是否獲得成功。

裂變型核武器

核裂變是中子與原子核碰撞，原子分裂成兩個較小的原子并釋放出大量能量的過程。裂變時不但釋放出巨大的能量，而且同時還發射出幾個中子。既然中子能引起裂變，裂變又產生更多的中子，因此可以通過鏈式反應在宏觀尺度上使大量原子核釋放出能量。只要可以控制鏈式反應的規模和速率，就可以利用核裂變進行發電或者制造大規模殺傷性武器。

在二戰中，美國在廣島引爆的原子彈使用了高濃縮鈾 （HEU） 作為裂變材料，這種高濃縮鈾是鈾的同位素U-235。鈾可以從礦石中提取，然而只有1%的礦石中才含有同位素U-235，99.3%的礦石中含有的是質量更重的同位素U-238，而U-238不能用于維持鏈式反應。高濃縮被定義為濃度至少為20%的濃縮U-235；然而20%的濃縮濃度，需要從至少400公斤的原材料中提取，才能實際應用到武器的制造中。“武器級”鈾 （也用于潛艇和破冰船推進） 定義為至少濃度為90%的濃縮鈾 U-235。低濃度的鈾被用作核電站中的燃料，通常燃料中僅包含3%到5%不等的U-235。同樣的技術，不僅可以制造出以和平用途為目的的低濃度鈾，還可以制造出以武器為最終產物的高濃度鈾。

核裂變武器制造過程十分簡單，使用常規烈性炸藥將大量的U-235“射向”另一邊的U-235，如此就能在沖擊中產生大量的中子，保證了裂變鏈式反應的正常進行。核裂變核爆是最低效的一種核爆方式，比如在廣島核爆中只有約 1.4%的高濃縮鈾發生了裂變。同時，需要大量的裂變材料才能保證核鏈反應的正常進行，因此核裂變型核武器必然會比其他的核武器笨重。各國也因此尋求更為高端的戰略核武器，這種簡單的裂變型核武器可能對恐怖分子更具有吸引力。由于這種核武器過于龐大，因此無法被放入到彈道導彈中，但是它可以使用飛機進行投擲，也可以通過卡車和集裝箱運輸。

世界上第一次核爆就是一個由可以將钚作為裂變材料的內爆裝置引發的。設計出該裝置的曼哈頓科學家將其命名為“小家伙”，這個裝置于1945年7月16日，在美國新墨西哥州阿爾馬戈爾多被成功引爆，這次引爆被稱為三位一體核試驗。

與鈾不同的是，钚并不存在于自然界中，必須經由核反應堆才可生成。钚是所有動力反應堆的副產品，要想將其作為裂變材料投入使用，必須將其從其他高放射性廢物中化學分離出來。這個過程耗費巨大，且頗具風險，要求有專業的設施以及設備。對于一般國家和恐怖組織來說，要想掌握這樣復雜的技術，難度很高，因此他們通常會選擇盜取成品钚。同高濃縮鈾相比，钚只需較少的用量就可以維持自身的核裂變反應。但基于钚物理性質的制約，要想快速地將兩個單獨物質通過鏈式反應設備生成臨界物質并不容易。

核爆中會使用钚最先引發內爆，這個過程依賴復雜的高精度爆炸透鏡精密控制，需要同時從各個方向向钚反應堆噴火。為了試驗內爆裝置，反應堆必須壓縮均勻并且需要足夠快地完成試驗，以避免過早的核爆，導致最終失敗。在試驗過程中，不到大部分裂變材料都已被消耗殆盡之時，測試條件是不適合維持鏈式反應的。這是一個遠比構建鏈式反應設備更具挑戰性的工程，但核控制研究所的專家警告說，只要有機會獲得钚，一小群經過相關培訓和具有相關經驗的一般科學家，仍有能力完成該項目的試驗環節。

在核試驗中，钚在內爆中被瞬間壓縮成高密度，達到臨界質量。然而僅僅壓縮到臨界質量不能夠保證核鏈反應的進行，要想實現反應的進行，在壓縮過程中，還需要高能中子。獲取中子僅僅依賴自然界中钚的衰變并不可靠，只有通過中子啟動器獲取中子，才更有把握。

內爆設計同樣可以應用到高濃縮鈾的生產中，這樣一個小裝置可以實現鏈式反應同樣的效果。1964年中國進行了第一次核試驗，當時試驗中所使用的，是一個名為“596”的2.2萬噸高濃縮鈾內爆裝置。在第一次海灣戰爭結束后，聯合國核查人員發現，伊拉克也曾試圖利用高濃縮鈾生產爆縮型核武器。

聚變核武器

核聚變反應主要借助氫同位素。核聚變不會產生核裂變所造成的長期和高水平的核輻射，不產生核廢料，聚變反應當然也不產生溫室氣體，基本不污染環境。裂變時靠原子核分裂而釋出能量，聚變時則由較輕的原子核聚合成較重的原子核而釋出能量。最常見的是由氫的同位素氘（重氫）和氚（超重氫）聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。每公斤原材料聚變反應中釋放的能量，也要比裂變反應中釋放的能量多。

裂變爆炸中應用聚變可以提升武器的威力，大量的聚變燃料可以被單獨地引爆（氫彈的原理）。氘和氚的聚變是由裂變過程中所產生的極高溫和強輻射引發的。

在裂變武器發生聚變時，高能中子很有可能與裂變原子碰撞。這些高能量碰撞要比簡單的裂變釋放出更多的中子，加速了鏈式反應的進行。這使得在裝置運轉之前，就已有很多原料發生了裂變。

利用重氫或超重氫等輕原子核的熱核反應原理制成的聚變武器或稱熱核武器，通常稱為氫彈、三相彈、氫鈾彈、三級效應超級炸彈。還有一種新型核彈，即中子彈（neutron bomb）。中子彈實際上是一種小型氫彈，只不過這種小型氫彈中裂變的成分非常小，而聚變的成分非常大，因而沖擊波和核輻射的效應很弱，但中子流極強。

聚變核武器其實是一種內爆裝置，在它的裂變反應坑中心，將氘和氚氣體注入空心槽內。裂變產生的高溫會導致聚變，并且聚變過程中產生的高能中子，會反過來加速裂變鏈式反應的進行。自從1945年以來，核聚變武器武器已經將裂變核武器的效率提升了上千倍。

美國于1952年，在馬紹爾群島的環礁島上，進行了第一次聚變核武器（氫彈）試驗，名為“Ivy Mike”。作為回應，蘇聯于1955年，在塞米巴拉金斯克試驗基地投放了名為“Joe 19”的氫彈。英、法兩國分別于1957年和1968年，在圣誕島和方加陶法環礁測試了威力更大的氫彈。中國于1967年在位于新疆的羅布泊試驗基地試驗了第一顆氫彈，僅比試驗裂變核武器（原子彈）晚了不到3年。