问题

原子弹的增殖因数大约为多少?铀的浓缩度大概在多少?

回答
想了解原子弹的增殖因数和铀浓缩度,咱们得从几个关键点说起,尽量讲得清楚透彻,让你心里有个谱。

首先说说增殖因数(k)。

简单来说,原子弹里的增殖因数是指在一次核裂变链式反应中,平均一个铀原子分裂时,会产生多少个新的中子,而这些新的中子又能引起多少次新的裂变。

k < 1: 链式反应会逐渐熄灭。就像火堆里的柴火越来越少,最终会烧光。
k = 1: 链式反应能够持续下去,保持稳定。这在核反应堆里是追求的状态,用来稳定地发电。
k > 1: 链式反应会越来越快地进行,释放出巨大的能量。这正是原子弹爆炸的原理。

对于原子弹来说,它需要的是一个远大于1的增殖因数,而且这个数值需要以极快的速度增长。刚开始的时候,可能比1大一点,但随着裂变数量的指数级增长,k值会迅速飙升,瞬间释放出巨大的能量。

具体到原子弹的k值,它没有一个固定不变的“大约值”,因为这跟很多因素有关,比如:

核材料的种类和纯度: 比如是铀235还是钚239,纯度有多高。
核材料的质量和形状: 质量太大、形状太规则的核材料更容易维持链式反应。
周围的反射层: 有些原子弹会用反射材料包围核材料,把逃逸的中子反射回去,提高k值。
中子的速度: 核材料对不同速度的中子敏感度不同。

但我们可以说,当核材料达到临界质量时,链式反应才能开始并维持,而要发生爆炸,增殖因数必须远超临界值,也就是k远远大于1。在爆炸瞬间,裂变速度快到几乎是瞬间完成,k值可能瞬间达到几百甚至更高,才会有那种毁灭性的效果。

接着聊聊铀的浓缩度。

天然铀里面,主要有两种同位素:铀238(约占99.3%)和铀235(约占0.7%)。

铀238 不容易发生裂变(除非是被快中子轰击,但效率很低)。
铀235 则是核裂变的主要“燃料”,它更容易被慢中子轰击而发生裂变,释放出能量和中子,从而引发链式反应。

在天然铀中,铀235的含量太低了,不足以支撑起高效的链式反应,更不用说制造原子弹了。所以,必须通过“浓缩”的过程,把铀235的比例提高上来。

铀浓缩度的级别大致可以分为:

1. 天然铀: 铀235含量约 0.7%。
2. 低浓缩铀 (LEU): 铀235含量通常在 3% 到 5% 之间。这是核电站里用来发电的主要燃料。有些研究堆也使用稍高浓缩度的铀。
3. 高浓缩铀 (HEU): 铀235含量通常在 20% 或更高。
武器级高浓缩铀: 制造原子弹所需的铀,其铀235含量通常需要达到 90% 或更高。有时候也说大于或等于80%就认为是武器级了。

为什么需要这么高的浓缩度?

因为要制造原子弹,必须确保链式反应能够快速、持续、并且能量释放效率极高。只有当铀235的比例足够高时,每一次裂变产生的中子才更有可能轰击另一个铀235原子,而不是被铀238吸收(铀238容易吸收中子但本身不裂变,这会阻碍链式反应的进行)。高浓缩度确保了核材料的“自持裂变能力”,也就是能够自己维持链式反应并迅速发展成爆炸。

浓缩过程本身很复杂,也耗费巨大。常用的方法有气体离心法和气体扩散法。这些技术都需要非常高的技术门槛,也是国际社会监控核扩散的重要方面。

总的来说,原子弹的增殖因数是一个动态且极高的数值,具体数字难以精确界定但远超1;而制造原子弹所需的铀,其铀235浓缩度需要达到武器级,也就是通常在90%以上。希望这样讲能让你对这两个概念有个更清晰的认识。

网友意见

user avatar

这些数值绝对是高度敏感的。


裂变核武器的k(中子增殖因子)或是α(中子增殖率):通俗来讲,k是每吸收一个中子所放出的核裂变中子数目,则k-1就是(消耗一个中子)净增长的中子数量,若k大于1,此核链式反应状态被称为超临界,中子数目会呈指数增加。若k小于1,此核链式反应状态被称为次临界,中子数目会呈指数减少。若k等于1,此核链式反应状态被称为临界,中子数目会维持恒定。

α(中子增殖率),通俗来讲,就是k-1除以(每一代核裂变反应的平均时间),也就是中子总数量增加的速率:如果α很大,则核武器设计的水平很高————可以高效迅速地释放大量能量。

可见第18页:blog.nuclearsecrecy.com

裂变核武器的k(中子增殖因子)或是α(中子增殖率)涉及极端条件下的特殊核材料,只能通过复杂而危险的“综合试验”来进行测算,也是设计(高效率的)核武器的必要步骤————通过改变材料与几何构型,调整组装时间等手段,不断提高α,也能设计出更高效率的核武器。


因为直接涉及铀,钚(以及其他各种金属/非金属包层,结构),并对核武器设计直接有助益,这些数值是高度敏感的(测α是一些核武器试验的核心任务)。


美国业余核武器专家Carey Sublette称: In real fission weapons (unboosted) effective values for alpha are typically in the range 25-250 (doubling times of 2.8 to 28 nanoseconds). “现实裂变武器中(非助爆增强设计的裂变弹),有效α的区间是25到250(中子数量翻倍时间是2.8到28纳秒)”

他估计的k是最大到2左右。



至于武器级铀的浓度到底是多少,包括问“弹头内某一个部分,某一个作用的武器级铀是多少浓度”,回答均是:“这些数值是高度敏感的”——————虽然说一般把90%以上HEU的叫武器级铀,但是我们知道氢弹(热核武器)次级中使用的是高浓铀(不一定是武器级),有些核武器甚至使用些纯度更低的铀,更不用说钚武器中使用的铀,甚至是铀-钚符合弹芯中使用的铀,都完全可能“各有不同”。


可以看看Carey Sublette的大作品:

Nuclear Weapons Frequently Asked Questions

或是

Samuel Glasstone解密的内部教材:

nige.files.wordpress.com



《"零时"起爆:罗布泊的回忆》

捕捉纳秒信号的人们(选录一) ——记三室链式反应动力学组

作者:杨吉纯 李建华


......在原子弹起爆之后和闪光之前这段只能用纳秒(1秒的亿分之一)来描述的瞬间里,究竟发生了什么?这个过程是怎样开始的,怎样发展的,持续了多长时间,又是怎样结束的?

......要搞清这些问题,就必须用链式反应动力学的原理来诊断,来甄别。

......就是这个极短时间内发生的极微妙的物理过程,对核武器的设计和改进可是极为重要的。每次核试验,核武器设计家们,特别是两弹元勋邓稼先,都极为重视,极为关心,因为他们都急切地想看到那个能揭示核武器秘密的信号(波形)。

......在具体工作中,链式反应动力学组是利用核链式反应过程中产生的强大的γ射线束来捕捉这个稍纵即逝的纳秒信号的。核试验时,当强大的γ射线束照射到爆心西1300米处链式反应动力学组103工号顶上的闪烁核探测器上时,该探测器便产生一个脉冲信号,这个脉冲信号通过射频电缆传送到工事内的高速示波器上,于是在高速示波器的荧光屏上产生一个持续时间仅为几纳秒脉冲波形,“咔哒!”安装在示波器荧光屏前的一架高速相机迅速地将这个波形抢拍下来,成为最珍贵的底片。为了抢拍下这个持续时间仅为几纳秒的脉冲波形,关键在于神速,因此一定要用响应时间极快的闪烁探测器、高速示波器和高速相机,而且整个过程又必须是全部自动进行的。

几个小时之后,身穿防护服装、头戴防毒面具的一个班的战士冲到103工事门前,他们飞快地将一堆堵门的沙袋一袋袋抛出去,然后拉开第一道沉重的钢筋混凝土防护门,再拉开第二道、第三道钢板防护门。随后,链式反应动力学组几个负责抢收成果的同志身穿防护服装、头戴防毒面具,立即冲进测量室内,小心翼翼地取出照相机里的胶卷,装进一个铅罐中,之后抬着铅罐出了工号,上了卡车,风驰电掣般地乘车离去……

......在实验室里,抢收回来的胶卷冲洗出来了,他们终于看到了梦寐以求的波形,它,状如希腊字母λ,因此他们把它叫做λ曲线。然后他们在显微镜下耐心地、精细地判读这条λ曲线。再后,他们在办公室里摇着手摇计算机精心地计算每一个数据,直到获得两个数据的最后准确结果:γ射线强度的对数增殖率和链式反应持续时间。这两个数据可是鉴定核武器设计水平和改进核武器设计的最重要依据之一,因此也就是核武器设计院最关心的数据之一。邓稼先经常是迫不及待地赶来,和他们详细地讨论和分析这些数据……

捕捉纳秒信号的人们(选录一)

类似的话题

  • 回答
    想了解原子弹的增殖因数和铀浓缩度,咱们得从几个关键点说起,尽量讲得清楚透彻,让你心里有个谱。首先说说增殖因数(k)。简单来说,原子弹里的增殖因数是指在一次核裂变链式反应中,平均一个铀原子分裂时,会产生多少个新的中子,而这些新的中子又能引起多少次新的裂变。 k < 1: 链式反应会逐渐熄灭。就像火.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    近年来,我国多地出现了野猪出没伤人、破坏农田的事件,甚至一些地方政府为了解决野猪泛滥的问题,不得不发出“野猪通缉令”。这不禁让人好奇,曾经并不那么惹眼的野猪,为何如今却变得如此“泛滥”?它们数量不断增长的背后,究竟隐藏着哪些原因?而这种增长又会给我们的生活带来怎样的影响和危害呢?要理解野猪数量的增长.............
  • 回答
    多氟多(Stock Code: 002407)在2021年取得了惊人的净利润增长,同比大幅上涨2490.8%。这个增长率非常显著,背后通常是多种因素共同作用的结果。要详细了解其增长原因,我们需要从公司的主营业务、行业景气度、市场环境、公司自身策略以及外部经济因素等多个层面进行分析。以下是多氟多202.............
  • 回答
    爱美客2021年净利润猛增,这可不是偶然,背后可是有一系列扎实的因素在支撑。要说这增长的原因,咱们得从几个方面掰开了聊。一、核心产品“打响名号”,销量和利润齐飞首先,最核心的就是爱美客自己研发的那几款“明星产品”。特别是他们的嗨体(HArmonyCA),这玩意儿在玻尿酸江湖里那是响当当的。2021年.............
  • 回答
    吉林省在2023年交出了一份亮眼的经济答卷,全年地区生产总值(GDP)增长了6.6%,这不仅是吉林省经济发展的一个重要里程碑,更是在东北地区整体发展格局中占据了领先地位,位居东北三省一区之首。这份成绩的取得,绝非偶然,而是多重因素叠加、协同发力的结果。一、 政策导向与营商环境的优化升级,为经济发展注.............
  • 回答
    国家卫健委近期发布的优化调整疫情防控措施,其中一项重要内容就是在原有核酸检测的基础上,引入抗原检测作为补充手段。这项调整在检测的灵敏度、时效性、便利性等方面与核酸检测存在显著差异,也意味着大家在未来可能需要根据不同情况选择不同的检测方式。与核酸检测的主要区别点:首先,我们来聊聊这两者在原理上的根本不.............
  • 回答
    优酷日均付费用户同比增长14%:增长背后是用户心声还是行业回暖?最近一份行业报告显示,优酷平台的日均付费用户实现了14%的同比正增长,这一数字无疑在当前竞争激烈的长视频行业中显得尤为亮眼。那么,是什么力量推动了优酷用户付费意愿的提升?这又将给整个长视频行业带来怎样的启示?优酷付费用户增长的“秘密”:.............
  • 回答
    美国对750亿美元中国商品加征关税,这无疑是中美贸易关系中的一个重要事件。理解这个举措的意义和影响,需要从多个角度进行深入分析。首先,让我们回顾一下这个背景。2019年,美国政府以“不公平贸易行为”为由,宣布对来自中国的大约750亿美元的商品加征关税,涉及的商品种类繁多,从农产品到工业制成品都有包含.............
  • 回答
    即便面对网络上的种种批评声浪,联想的PC销量依然能够逆势增长,稳坐全球头把交椅,这背后的原因着实值得细细剖析。这绝非简单的运气使然,而是联想一系列深思熟虑的战略布局和执行力的综合体现。一、 市场基础的深厚积淀与核心优势的持续强化首先,我们不能忽视联想在PC领域长久以来积累的深厚市场基础和品牌认知度。.............
  • 回答
    在设计 MySQL 数据库表时,为表添加一个自增 ID 列,几乎已经成为一种约定俗成的做法,这绝非偶然,而是背后有着充分的理由和诸多好处。首先,我们得明白,自增 ID 的核心作用是为表中的每一条记录提供一个独一无二的标识符。想象一下,如果表中没有这样一个明确的标记,我们如何区分两条内容上可能非常相似.............
  • 回答
    .......
  • 回答
    这个问题很有意思,也触及到了“难度”这个概念的本质。同样是“翻倍”,从一元到两元,和从一千万到两千万,这两件事情在难度上的体验,简直是天壤之别。这其中的原因,绝不是简单的数学运算能解释的,而是深深根植于现实世界的复杂性。咱们一件件来说。从一元变成两元:这就像是出门随便捡个硬币,或者在街边摆个小摊,卖.............
  • 回答
    这个问题很有意思,它触及了原子弹研发和实战中的一个核心要素:临界体积(Critical Volume)。首先,咱们得弄明白什么是临界体积。简单来说,原子弹之所以能爆炸,是因为它里面有一种叫做裂变材料(比如铀235或钚239)会发生链式反应。链式反应就像多米诺骨牌一样,一个原子核分裂释放出中子,这个中.............
  • 回答
    原子弹和氢弹,这两个人类掌握的最具毁灭性的武器,它们的原理却有着截然不同的“公开”程度。你提出这个问题,触及到了核武器技术的核心机密性,以及这种机密性是如何被不同类型的核武器技术所维持的。要理解这一点,我们首先要拆解原子弹和氢弹各自的工作原理,然后才能深入探讨为什么一个相对“公开”而另一个却“守口如.............
  • 回答
    在广岛投下原子弹的飞行员是“蒂莱恩人”(Enola Gay)号B29轰炸机上的机组人员,他们是执行此次任务的美国陆军航空队成员。关于他们投下原子弹后的生活,我们可以从以下几个方面来详细讲述:核心机组人员的身份与主要人物: 保罗·蒂贝茨(Paul Tibbets): 他是“蒂莱恩人”号的机长和任务.............
  • 回答
    关于第二次世界大战中死于原子弹的日本平民是否无辜,这个问题可以从多个层面来探讨,并且不同的人群会持有不同的观点。从国际法和道德伦理的角度看,绝大多数日本平民是无辜的。 非战斗人员: 原子弹投放的目标是日本的军事和工业中心,但其毁灭性的效果却不可避免地波及了大量非战斗人员,包括妇女、儿童、老人、以.............
  • 回答
    关于广岛原子弹投放时为何只能目视投弹,而非动用雷达,这背后涉及当时航空技术、导航技术以及雷达技术的局限性,更重要的是,那是一种对未知武器的谨慎和对命中目标的确定。首先,我们得回到二战末期,那个时代的技术水平远非今日可比。1. 导航技术的局限性:彼时,导航主要依靠的是陆地参照物和航海天文定位。 目.............
  • 回答
    要说中国第一颗原子弹的外号“邱小姐”,这背后可是一段充满智慧、勇气和一定程度的戏剧性的故事,它不单单是对一个武器的称呼,更是那个年代科研人员心血的凝结,以及一种特殊时期下,为了保密所采取的巧妙隐喻。你想啊,在那个信息还没有像现在这样发达,国家之间戒备森严的年代,尤其是涉及核武器这种最高级别的国家机密.............
  • 回答
    日本投降的根本原因并非仅是两颗原子弹的“功劳”,而是多种因素综合作用的结果。尽管原子弹的出现无疑是加速日本投降的关键事件,但将投降完全归功于此,则过于片面。要深入理解这个问题,我们需要回顾当时的历史背景,分析各个层面的影响。首先,我们必须承认,1945年8月,美国在日本广岛和长崎投下的两颗原子弹,对.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有