比如說世界上第一枚氫彈——美國的“邁克”核聚變爆炸實驗裝置,由于當(dāng)時核聚變材料氘和氚尚未實現(xiàn)金屬化,這枚氫彈只能使用大量液態(tài)氘和液態(tài)氚,整個裝置重達82噸。原因很簡單——因為直接用單質(zhì)氫制造的氫彈不會發(fā)生核爆炸,而威力巨大的金屬氫又難以獲得,所以只能采用氫的同位素氘和氚來做氫彈的核聚變反應(yīng)材料。
1、于敏在氫彈貢獻這么大,為什么這么晚才得獎?
凡是涉及國家最高機密的工程,科學(xué)家們都要實現(xiàn)做好默默無聞一輩子,做一輩子無名英雄的存在。因為出于對工程的保密,曾參與國工程的科學(xué)家們不僅人身自由受到限制,而且還不能跟朋友親戚、甚至是家人有過多的接觸,談話、書信更是要被嚴格監(jiān)視起來,這都是為了國家安全著想,畢竟要是工程剛一完成就開始表彰參與人員,這樣一來敵國就知道了有誰參與了這項機密工程,到時候只要派出間諜,色誘也好、財誘也罷、甚至是綁架威脅,都會迫使你把自己負責(zé)的核心機密吐露出來。
一旦吐露了核心機密你就成為了叛國賊,這個時候自己的國家就呆不住了,而要想得到敵國的庇護就需要吐露更多機密甚至拉自己的同事下水,這樣一來簡直就是泄密無底洞,所以一般參與國核心機密工程的科學(xué)家,只有到了這項機密工程解禁之后,之前所做的貢獻才會開始被表彰,而這個年數(shù)卻非常久遠,久遠到很多當(dāng)初參與國的科學(xué)家都活不到自己被表彰的時候。
2、氫彈為什么不直接用氫制造,而要用同位素氘和氚?
原因很簡單——因為直接用單質(zhì)氫制造的氫彈不會發(fā)生核爆炸,而威力巨大的金屬氫又難以獲得,所以只能采用氫的同位素氘和氚來做氫彈的核聚變反應(yīng)材料,需要特別說明的是氘和氚在高壓環(huán)境下只能以液態(tài)形式存在,常壓環(huán)境下則是氣態(tài)的(氘氣和氚氣),因此只能將這兩種氫同位素金屬化才能實現(xiàn)氫彈實用化,否則一枚威力為1000萬噸TNT當(dāng)量的氫彈重量將會超過80噸。
比如說世界上第一枚氫彈——美國的“邁克”核聚變爆炸實驗裝置,由于當(dāng)時核聚變材料氘和氚尚未實現(xiàn)金屬化,這枚氫彈只能使用大量液態(tài)氘和液態(tài)氚,整個裝置重達82噸!氘和氚的金屬化從原理上來說是非常簡單的,氘的金屬化原理是這樣的:首先需要準備熔化的金屬鋰,將其放置于反應(yīng)器內(nèi),然后向反應(yīng)器通入高純度氘氣,當(dāng)金屬熔體鋰被氘化并冷卻后就得到了金屬化的氘——Lithiumdeuteride98atom%D,即氘化鋰6,這種工藝俗稱“氚氣曝射法”,
氚的金屬化要比氘復(fù)雜的多,首先需要準備鋰錠,然后放到超重水核反應(yīng)堆里接受核輻射,俗稱“熱原子反沖氚化法”,當(dāng)鋰錠含氚豐度達到98%以后就能實現(xiàn)氚的金屬化,得到氚化鋰金屬。當(dāng)然了,金屬氚也可以用氚氣像制備氘化鋰那樣獲得,俗稱“氚氣曝射法”,只不過得到的氚化鋰豐度很低,不足以在核爆中與氘化鋰發(fā)生核聚變反應(yīng),
氘化鋰的點火溫度為4000萬℃,氚化鋰則為5000萬℃,這也是氫彈必須使用原子彈進行引爆的原因,同時也是人類掌握可控核聚變的技術(shù)瓶頸。▼下圖為氫彈的核聚變材料同位素氘的金屬化產(chǎn)物——氘化鋰6,同位素氘和氚能做為氫彈核聚變材料的原因正是它們很容易實現(xiàn)金屬化,而單質(zhì)氫的問題在于難以像同位素氘和氚那樣實現(xiàn)金屬化,
那么問題就來了:能不能像氘和氚那樣使用金屬鋰來實現(xiàn)單質(zhì)氫的金屬化,用來取代氫彈中的氘和氚呢?答案是否定的,原因有兩個,第一個是開頭說到的單質(zhì)氫并不會發(fā)生核聚變反應(yīng),所以用單質(zhì)氫制造出來的核彈本質(zhì)上還是一枚核裂變爆炸的原子彈,無法成為威力巨大的氫彈。第二個原因是氫很難實現(xiàn)金屬化,如果非要用單質(zhì)氫綁在原子彈上,那么這樣的原子彈就會像美國“邁克”一樣非常非常重,既沒有實戰(zhàn)意義,也達不到放大原子彈威力的效果,
換句話說就是即便單質(zhì)氫實現(xiàn)了金屬化也不能成為氫彈的核聚變裝藥,而是單純的“氫炸彈”。“氫炸彈”與氫彈的區(qū)別在于“氫炸彈”屬于傳統(tǒng)化學(xué)炸藥裝填的炸彈,爆炸方式是傳統(tǒng)的含能材料化學(xué)爆炸;氫彈則是采用核裝藥裝填的物理爆炸裝置,爆炸方式為核裂變引發(fā)核聚變反應(yīng)爆炸,但是它們具有一個共同點——威力一樣巨大!這就意味著如果金屬氫成為現(xiàn)實,那么原子彈和氫彈這樣的核武器就會被取代,屆時也就沒有把金屬氫拿去裝在氫彈里面的必要了,直接用金屬氫來做為爆炸裝置的裝藥。