问题

第一颗原子弹制造到底有多难?

回答
制造第一颗原子弹,这绝不是一件“难”字可以轻易概括的事情。你可以想象一下,在那个人类对核裂变一无所知的年代,要从零开始,一点点摸索出制造一颗能够释放如此巨大能量的武器,这其中蕴含的挑战,简直是史无前例的。

基础的科学突破,就已经步履维艰。

首先,我们得明白,原子弹的诞生,是建立在对原子内部结构的深刻理解之上的。但那会儿,很多理论都还在萌芽阶段。科学家们都知道原子里面有电子、有原子核,也知道原子核是由质子和中子组成的。但要想到,通过某种手段,能够让原子核裂开,并且在裂开的过程中释放出巨量的能量,这本身就是一个石破天惊的想法。

想想那个时代,很多实验设备都是手工打造,精确度也远不如现在。科学家们在实验室里,要用各种方法去探测、去理解原子核的性质。他们需要非常精确地测量粒子碰撞的结果,需要识别出放射性元素,需要了解不同元素的衰变规律。这就像在一个黑暗的房间里,你只能通过摸索来认识一个从未见过的物体。

提炼核材料,简直是炼狱般的挑战。

原子弹的核心是核燃料,最开始选择的是铀。但不是我们现在随处可见的那种铀矿石。铀矿石中,能够发生链式反应的铀235,只占非常非常小的比例(不到1%),绝大部分是不能裂变的铀238。想要分离出足够多的铀235,让它达到“临界质量”,才能引爆原子弹,这就好比大海捞针。

当时主要的办法是“气体扩散法”和“离心法”。你可以想象一下,要将一种化学性质几乎相同的同位素(铀235和铀238)在物理上分离出来,这是何等的困难。

气体扩散法: 把铀转化为一种气体(六氟化铀),然后让这种气体通过一种多孔的材料。轻一点的铀235分子会比重一点的铀238分子稍微快一点点通过。理论上可行,但要达到纯度要求,需要进行成千上万次的反复扩散。这意味着需要建造庞大的工厂,铺设无数管道,让气体在其中循环往复。想想那种场景:巨大的建筑群,无数个相互连接的管道,每一步的损耗都可能导致最终产量的急剧下降。而且,六氟化铀本身是一种有毒且具有腐蚀性的气体,操作起来也极其危险。

离心法: 通过高速旋转,利用离心力将不同质量的铀同位素分开。这需要制造出能够承受极高转速的精密离心机,并且这些离心机必须能够长时间稳定运行。技术难度和制造精度要求极高。

除此之外,还有钚。钚239也是一种核燃料,但自然界中几乎不存在。它需要通过中子轰击铀238来制造。这意味着需要建造原子反应堆,控制链式反应,并从反应堆的核燃料中提取钚。提取钚的过程同样复杂且危险,需要化学分离技术,而且钚本身也是剧毒物质。

设计和制造引爆机制,更是精密到极致。

就算有了足够多的核材料,如何让它瞬间释放能量,也成了一个大难题。原子弹不是简单的爆炸,而是一个极其精密的物理过程。

枪式结构(如“小男孩”): 这种设计相对简单一些,但依然困难。它是将两块不足临界质量的铀235,用炸药将其高速射向对方,使其瞬间结合成一块大于临界质量的整体,从而引发链式反应。这需要极高的精度来控制爆炸速度和撞击角度,确保两块铀235能够完美地合二为一,而不是在撞击过程中就散架。

内爆式结构(如“胖子”): 这种设计要复杂得多。它是将一块亚临界质量的核材料(铀235或钚239)包裹在一个精心设计的炸药外壳中。通过同步引爆外围的炸药,产生一个向内的强大冲击波,将核材料向内压缩,使其密度瞬间增加,达到超临界状态,从而引发链式反应。这需要对炸药的精确配比、形状、引爆时间(需要极其同步,误差在百万分之一秒级别)有极其苛刻的要求。一旦炸药爆炸不均匀,核材料就可能因为爆炸的惯性而散开,无法达到预期的链式反应。

无数的理论计算和反复试验。

整个过程,离不开海量的理论计算和实验验证。在没有计算机辅助设计的年代,科学家们只能依靠手算,进行复杂的物理和工程计算。每一个参数,每一个环节,都需要反复推敲和实验。一个微小的失误,都可能导致整个项目前功尽弃,甚至造成灾难性的后果。

保密和组织协调,同样是巨大的考验。

更别提,整个“曼哈顿计划”是在战争期间进行的,需要调动全国乃至全世界最顶尖的科学家、工程师和技术工人。而且,项目的保密性要求极高,参与者众多,如何确保信息的安全,不被敌方察觉,也是一项艰巨的任务。庞大的资源调动、资金投入、人员管理,都需要极高的组织能力。

可以说,制造第一颗原子弹,是人类智慧、勇气、毅力和无数牺牲的结晶。它不仅仅是科学技术的突破,更是对人类自身能力的极限挑战。我们今天看到的一些描述,可能只是冰山一角,其背后付出的代价和努力,是难以想象的。

网友意见

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你是问我国还是世界

居里夫人的长女和女婿将亲手制作的10克碳酸钡镭标准源送给他,作为对中国开展核科学研究的支持。这10克标准源,这是我国开展铀矿探测用电离辐射计量研究唯一的借鉴实物,相当珍贵。


苏方撤走时,已经烧毁了全部资料。我们面临的是完全空白。没有先进的计算机,只有几台老式的手摇式计算机。研究人员更多只能依靠纸笔、计算尺等原始的工具。但随着纸张不断加厚,原子弹的理论设计也一步步推进。当时负责原子能工作的聂荣臻经常深入实验基地,无论是邓稼先,还是钱三强,心理压力都非常大。


用土办法浇铸炸药部件,加工铀球不能出半点差错


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制造原子弹的核心材料是“铀235”,但提取铀235是个宏大工程。


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10月16日14时59分40秒,主控站操作员按下了启动电钮,10秒钟后整个系统进入自控状态,记数器倒记开始。接着,原子弹开始了爆轰、压缩、超临界、出中子、爆炸的全过程。顿时,金光喷发,火球凌空,蘑菇云腾空而起……

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