于敏构型为什么被称为于敏构型呢?
美国氢弹的T-U构型不敌中国于敏构型
2014年度国家科学技术奖励大会在北京举行。中国着名核物理学家、核武器研究和国防高技术发展的杰出领军人之一的于敏院士荣获2014年度国家最高科技奖,也是此次唯一获得该奖项的科学家。
于敏是新中国氢弹研究中的关键核心人物。他在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题,提出了从原理到构形基本完整的设想,起了关键作用。1965年10月,在于敏的亲自组织和部署下,氢弹理论得以突破。目前全世界只有两种氢弹构型,美国的T-U构型和中国的于敏构型。此后长期领导核武器理论研究、设计,解决了大量理论问题。
对中国核武器进一步发展到国际先进水平作出了重要贡献。从20世纪70年代起,在倡导、推动若干高科技项目研究中,发挥了重要作用。
氢弹爆炸
1982年获国家自然科学奖一等奖。1985年、1987年和1989年三次获国家科技进步奖特等奖。1994年获求是基金杰出科学家奖。
1999年被国家授予“两弹一星”功勋奖章。1985年荣获“五一劳动奖章”。1987年获“全国劳动模范”称号。
由于核武器的保密原因,于敏的一切长期以来都处于高度保密中。从1976年到1988年,于敏的名字是保密的,直到1988年以后,于敏才获得出国进行学术交流的机会。
由于工作的关系,于敏首次出国是以某大学教授的身份去美国访问的。在不到一个月的时间内,尽管去了许多地方,但他始终像个“哑巴”:要问也不方便问,要说也不方便说,很不好受。
提出氢弹原理方案
在我国研制第一枚原子弹尚未成功时,有关部门就已做出部署,要求氢弹的理论探索先行一步。1960年底,钱三强找于敏谈话,让他参加氢弹原理研究,于敏毫不犹豫地答应了。在钱三强的组织下,以于敏等为主的一群年轻科学工作者,悄悄地开始了氢弹技术的理论探索。从原子弹到氢弹,按照突破原理试验的时间比较,美国人用了七年零三个月,英国四年零三个月,法国八年零六个月,前苏联四年零三个月。
主要一个原因就在于计算的繁复。而中国的设备更无法可比,国内当时仅有一台每秒万次的电子管计算机,并且95%的时间分配给有关原子弹的计算,只剩下5%的时间留给于敏负责的氢弹设计。
中国的第一颗氢弹在爆炸成功
穷人有穷办法,于敏记忆力惊人,他领导下的工作组人手一把计算尺,废寝忘食地计算。一篇又一篇的论文交到了钱三强的手里,一个又一个未知的领域被攻克。四年中,于敏、黄祖洽等科技人员提出研究成果报告69篇,对氢弹的许多基本现象和规律有了深刻的认识。
1964 年9 月,38岁的于敏带领一支小分队赶往上海华东计算机研究所,抓紧计算了一批模型。但这种模型重量大、威力比低、聚变比低,不符合要求。于敏总结经验,带领科技人员又计算了一批模型,发现了热核材料自持燃烧的关键,解决了氢弹原理方案的重要课题。于敏高兴地说:“我们到底牵住了‘牛鼻子’!”
他当即给北京的邓稼先打了一个耐人寻味的电话。为了保密,于敏使用的是只有他们才能听懂的隐语:暗指氢弹理论研究有了突破。“我们几个人去打了一次猎……打上了一只松鼠。”
邓稼先听出是好消息:“你们美美地吃了一餐野味?”“不,现在还不能把它煮熟……要留做标本。……但我们有新奇的发现,它身体结构特别,需要做进一步的解剖研究,可是……我们人手不够。”
“好,我立即赶到你那里去。”年底,于敏开始从事核武器理论研究,在氢弹原理研究中提出了从原理到构形基本完整的设想,解决了热核武器大量关键性的理论问题,并在平均场独立粒子方面做出了令人瞩目的成绩。
于敏
1967年6月17日,中国的第一颗氢弹在爆炸成功。
上世纪80年代初,于敏意识到惯性约束聚变在国防上和能源上的重要意义。为引起大家的注意,他在一定范围内作了“激光聚变热物理研究现状”的报告,并立即组织指导了我国核理论研究的开展。
1986年初,邓稼先和于敏对世界核武器科学技术发展趋势作了深刻分析,向中央提出了加速我国核试验的建议。事实证明,这项建议对中国核武器发展起了重要作用。
推荐阅读:氢弹研制进程要过5道门槛
目前,公认掌握氢弹技术的国家只有联合国安理会的五个常任理事国。第三次核试验距今不足两年,朝鲜真的跨越常规,依靠三次不完全成功的核装置试验掌握这一技术吗?我们不妨先来看看在氢弹研制进程中,通常需要迈过几道门槛。
氢弹构型是首要难关
首先是构型理论关。氢弹技术成熟于20世纪60年代的技术,随着五十年来各种相关材料不断公开,氢弹原理已经逐渐曝光:目前仅有的两种氢弹构型是美国的“泰勒-乌拉姆构型”(简称“t-u构型”)和中国的“于敏构型”,二者本质上是类似的,即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。
但是,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。
说到这里,不得不提到的故事是,当年许多物理大师在这样的物理直觉上栽了跟头。比如在前苏联,恰恰是由于有很多极为优秀的力学专家,因此反而在氢弹研制初期直觉认为“此路不通”。美国的“氢弹之父”泰勒则稍好一些——他计算后发现次级变形限度要求太高,需要加个保护套,然而保护套又会强烈吸收能量,导致无法点火,所以他最初也放弃了这一思路。直到后来乌拉姆又重提此事,泰勒忽然发现自己可能算错了其中一个关键细节,于是两人重新计算,才有了后来所谓的“泰勒-乌拉姆构型”。
故事听起来简单,而事实上这样一个反直觉的设计,既要利用原子弹的裂变能量,又要保证次级的形变,显然还需要许多方面的其他设计和验证的完美配合才行——这就涉及另外两个关口,“多学科协同”与“试验验证”。
“学科协同”与“试验验证”必不可少
再说第二关,“多学科协同”问题。“核武器”这个名称的暗示作用,让许多人误以为核弹研究主要是核物理研究,其实不然。核武器物理设计的中心问题是辐射流体力学方程组和材料特性方程组(物态方程、化学及核反应方程、辐射自由程问题等问题)的耦合求解问题。在这个核心问题的周围,涉及等离子体物理、原子分子物理、加速器物理、凝聚态物理、爆炸力学、热力学、光学(高速摄影及光子学、光谱学、激光物理等)、化学(放射化学、固体化学、核化学等)、计算机科学(巨型计算机、大规模科学计算方法等)等十余个大类上百个小类的学科体系。这些学科编织成一张互相交叉的学科网络。几乎每一个关键问题的解决,都需要多个学科的协同。一个国家,要建立如此众多的学科门类,在每一个学科都有相应的人才,需要相当强大的基础国力。
学科协同发展的困难在于,由于核武器动作过程是以瞬时、高速、高温、高密度和高能为主要特征的,而这种极端条件下的研究往往不是上述学科的热点领域,因此核武器理论设计中所需的知识积累和参数积累很难从公开资料中获取,需要通过核武器研制部门的专题规划和专题研究才能解决。
接下来就是第三关“试验验证”,也就是必须建立起能够再现这些极端条件的实验场地和设备,来验证关键参数。
如前所述,通过一个反物理知觉的构型实现氢弹,是需要多个方面设计的精妙配合的,而设计问题说到底还是工程问题,需要通过试验来确定关键参数。这也正是美苏两国甘愿斥巨资进行上千次热核试验的原因。美国在此方面技术极为先进,其原以为今后可以靠海量试验数据加上全球先进的巨型计算机可以模拟核试验。但从近两年的情况看,在其核武库的老化研究以及新型核武器设计方面,计算机模拟能力仍然是有差距的。换句话讲,在核武器研制中,核试验是一个无法避开的环节。
具体到氢弹,无论哪个国家,都必须走过“核爆炸装置——武器化原子弹——氢弹”这样一条必由之路。氢弹次级点火的前提条件,就是初级必须当量够大且分量够轻——而这恰恰是原子弹武器化的基本要求。而且,所有做成氢弹的国家,还必须先做一次增强型原子弹的试验,即在原子弹核心放置一些氘氚混合物,使之在原子弹爆炸的高温高压之下发生聚变反应并放出大量中子,从而加快外部包裹裂变材料的裂变反应过程,以大幅提高裂变材料利用效率。这就是“聚变助爆式裂变武器”。这种试验对于验证当量计算与调整、聚变时间、点火温度都是非常必要的,而这些技术恰恰是开展氢弹设计的前提。
足够的核材料与国力是基础
研制氢弹的第四关是要有足够的核材料。俗话说,巧妇难为无米之炊。对于氢弹,初级的裂变材料和次级的聚变材料都是不可或缺的。无论是裂变材料钚还是聚变材料氚,都依赖于反应堆来生产。外媒根据现有材料分析推测,朝鲜恐怕难以生产足够的聚变材料。
最后一关就是工业能力和经济能力问题。生产核材料(铀、钚、重水、氘、氚、锂等)需要庞大的同位素工厂,需要涉及重工业企业为反应堆生产关键部件,而且核试验本身也需要进行规模巨大的工程建设(地下核试验的坑道绵延数公里,深度达地下几百米),还要有复杂、精密、数量巨大的核测设备。可以说,核武器及其试验的基础,是对一个国家的工业能力的全面检验;如果给出一个形象但不太严密的估计,可以说,在各领域技术障碍均已消失的假设之下,对于一个中小国家,投入全部工业能力运转一年,也许可以进行一次氢弹试验。
通过以上分析可知,要发展氢弹,需要解决多重技术、工业与经济困难。对于任何国家的科研人员而言,要在氢弹构型理论和多学科协同设计方面取得突破,是完全有可能的。但是,谁都不可能脱离核武器试验规律和现实生产能力。正常情况下,一国不可能另辟蹊径,不经足够试验即可抵达氢弹试验成功的彼岸,更不能脱离核材料生产和试验所需工业能力的限制。
运载工具亦是难题
除了氢弹本身的研制之外,任何国家要研制核武器,都还面临运载工具的问题。核武器要使用,就必须有运载工具,否则就相当于有子弹而无枪。传统上看,氢弹一类战略核武器的运载工具主要有飞机和导弹两类,目前以后者为主,特别是弹道导弹。但是,要研制使用核战斗部的弹道导弹,同样要解决诸多问题。
首先,要完成核弹小型化的问题。弹道导弹的运载能力有限,如果核弹不能小型化,缺乏可靠性(比如要经受发射震动和大气层外的考验),那就无法用于弹道导弹。核弹小型化对于中小国家而言同样存在障碍,一些国家能够突破核武器原理,但难以做出实用化的核武器,与此有密切关系。
其次,要突破再入段难关。核弹头再入段是指核弹头从大气层外重返大气层内的过程。在此过程中,核弹头以十几倍音速的再入速度快速接近地面,弹体外部要经受大气摩擦带来的高温。弹体外部的复合材料能否承受这种高温,又对一国复合材料研发和制造能力提出了很高要求。同时,再入段还涉及打击精度、对抗反导等更高的要求。
此外,运载工具本身的效能、生存能力也是问题。一国发展出火箭和初步的弹道导弹并不难,但难在发展高性能的导弹。导弹本身的性能暂且不论,仅就生存性能来说,便于陆地机动、方便长期贮存的固体发动机导弹显然优于液体发动机导弹。固体导弹本身又有技术高低——要实现同样的运载能力,有的国家可以做出短小精悍的型号,有的国家却无法实现导弹的相对小型化。
总之,要发展包括氢弹在内的核武器及其运载工具,对国家的综合国力、科技水平、社会组织结构都有极高的要求,并不是一件很简单的事情。在分析国际新闻时,也可以结合技术层面加以参考。
于敏结构是什么意思?
于敏构型是中国的氢弹构型。于敏院士完成了氢弹最关键的基本构型设计,外媒称中国的氢弹构型为“于敏构型”,认为它是与美国提出的“泰勒·乌拉姆”构型各自独立发展的氢弹构型。这种构型至今仍是世界上保密程度最高的机密之一。于敏构型是我们国内于敏独创的一种氢弹构型,正是这种氢弹构型使我们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。原子弹和氢弹,是人类拥有的两种威力极大的核武器,1945年8月6日,美国在日本广岛投掷了一颗原子弹,直接造成8.8万人死亡,数十万人受伤,上万间房屋被毁,可见威力之大。而氢弹的爆炸威力,比原子弹更甚百倍,原子爆炸的原理是核裂变,氢弹爆炸的原理是核聚变;比如太阳能在数十亿年中持续放出热量,因为太阳内部进行的就是核聚变反应。核聚变反应又叫做热核反应,热核反应所需的压力和温度极高,太阳内部温度高达1500万摄氏度,压力高达3000亿个大气压,人类无法制造这么高压力,所以需要把温度提高到上亿度才能点燃热核反应。
于敏构型的氢弹为何比美国的还要厉害
美国氢弹的T-U构型不敌中国于敏构型
2014年度国家科学技术奖励大会在北京举行。中国着名核物理学家、核武器研究和国防高技术发展的杰出领军人之一的于敏院士荣获2014年度国家最高科技奖,也是此次唯一获得该奖项的科学家。
于敏是新中国氢弹研究中的关键核心人物。他在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题,提出了从原理到构形基本完整的设想,起了关键作用。1965年10月,在于敏的亲自组织和部署下,氢弹理论得以突破。目前全世界只有两种氢弹构型,美国的T-U构型和中国的于敏构型。此后长期领导核武器理论研究、设计,解决了大量理论问题。
对中国核武器进一步发展到国际先进水平作出了重要贡献。从20世纪70年代起,在倡导、推动若干高科技项目研究中,发挥了重要作用。
氢弹爆炸
1982年获国家自然科学奖一等奖。1985年、1987年和1989年三次获国家科技进步奖特等奖。1994年获求是基金杰出科学家奖。
1999年被国家授予“两弹一星”功勋奖章。1985年荣获“五一劳动奖章”。1987年获“全国劳动模范”称号。
由于核武器的保密原因,于敏的一切长期以来都处于高度保密中。从1976年到1988年,于敏的名字是保密的,直到1988年以后,于敏才获得出国进行学术交流的机会。
由于工作的关系,于敏首次出国是以某大学教授的身份去美国访问的。在不到一个月的时间内,尽管去了许多地方,但他始终像个“哑巴”:要问也不方便问,要说也不方便说,很不好受。
提出氢弹原理方案
在我国研制第一枚原子弹尚未成功时,有关部门就已做出部署,要求氢弹的理论探索先行一步。1960年底,钱三强找于敏谈话,让他参加氢弹原理研究,于敏毫不犹豫地答应了。在钱三强的组织下,以于敏等为主的一群年轻科学工作者,悄悄地开始了氢弹技术的理论探索。从原子弹到氢弹,按照突破原理试验的时间比较,美国人用了七年零三个月,英国四年零三个月,法国八年零六个月,前苏联四年零三个月。
主要一个原因就在于计算的繁复。而中国的设备更无法可比,国内当时仅有一台每秒万次的电子管计算机,并且95%的时间分配给有关原子弹的计算,只剩下5%的时间留给于敏负责的氢弹设计。
中国的第一颗氢弹在爆炸成功
穷人有穷办法,于敏记忆力惊人,他领导下的工作组人手一把计算尺,废寝忘食地计算。一篇又一篇的论文交到了钱三强的手里,一个又一个未知的领域被攻克。四年中,于敏、黄祖洽等科技人员提出研究成果报告69篇,对氢弹的许多基本现象和规律有了深刻的认识。
1964 年9 月,38岁的于敏带领一支小分队赶往上海华东计算机研究所,抓紧计算了一批模型。但这种模型重量大、威力比低、聚变比低,不符合要求。于敏总结经验,带领科技人员又计算了一批模型,发现了热核材料自持燃烧的关键,解决了氢弹原理方案的重要课题。于敏高兴地说:“我们到底牵住了‘牛鼻子’!”
他当即给北京的邓稼先打了一个耐人寻味的电话。为了保密,于敏使用的是只有他们才能听懂的隐语:暗指氢弹理论研究有了突破。“我们几个人去打了一次猎……打上了一只松鼠。”
邓稼先听出是好消息:“你们美美地吃了一餐野味?”“不,现在还不能把它煮熟……要留做标本。……但我们有新奇的发现,它身体结构特别,需要做进一步的解剖研究,可是……我们人手不够。”
“好,我立即赶到你那里去。”年底,于敏开始从事核武器理论研究,在氢弹原理研究中提出了从原理到构形基本完整的设想,解决了热核武器大量关键性的理论问题,并在平均场独立粒子方面做出了令人瞩目的成绩。
于敏
1967年6月17日,中国的第一颗氢弹在爆炸成功。
上世纪80年代初,于敏意识到惯性约束聚变在国防上和能源上的重要意义。为引起大家的注意,他在一定范围内作了“激光聚变热物理研究现状”的报告,并立即组织指导了我国核理论研究的开展。
1986年初,邓稼先和于敏对世界核武器科学技术发展趋势作了深刻分析,向中央提出了加速我国核试验的建议。事实证明,这项建议对中国核武器发展起了重要作用。
推荐阅读:氢弹研制进程要过5道门槛
目前,公认掌握氢弹技术的国家只有联合国安理会的五个常任理事国。第三次核试验距今不足两年,朝鲜真的跨越常规,依靠三次不完全成功的核装置试验掌握这一技术吗?我们不妨先来看看在氢弹研制进程中,通常需要迈过几道门槛。
氢弹构型是首要难关
首先是构型理论关。氢弹技术成熟于20世纪60年代的技术,随着五十年来各种相关材料不断公开,氢弹原理已经逐渐曝光:目前仅有的两种氢弹构型是美国的“泰勒-乌拉姆构型”(简称“t-u构型”)和中国的“于敏构型”,二者本质上是类似的,即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。
但是,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。
说到这里,不得不提到的故事是,当年许多物理大师在这样的物理直觉上栽了跟头。比如在前苏联,恰恰是由于有很多极为优秀的力学专家,因此反而在氢弹研制初期直觉认为“此路不通”。美国的“氢弹之父”泰勒则稍好一些——他计算后发现次级变形限度要求太高,需要加个保护套,然而保护套又会强烈吸收能量,导致无法点火,所以他最初也放弃了这一思路。直到后来乌拉姆又重提此事,泰勒忽然发现自己可能算错了其中一个关键细节,于是两人重新计算,才有了后来所谓的“泰勒-乌拉姆构型”。
故事听起来简单,而事实上这样一个反直觉的设计,既要利用原子弹的裂变能量,又要保证次级的形变,显然还需要许多方面的其他设计和验证的完美配合才行——这就涉及另外两个关口,“多学科协同”与“试验验证”。
“学科协同”与“试验验证”必不可少
再说第二关,“多学科协同”问题。“核武器”这个名称的暗示作用,让许多人误以为核弹研究主要是核物理研究,其实不然。核武器物理设计的中心问题是辐射流体力学方程组和材料特性方程组(物态方程、化学及核反应方程、辐射自由程问题等问题)的耦合求解问题。在这个核心问题的周围,涉及等离子体物理、原子分子物理、加速器物理、凝聚态物理、爆炸力学、热力学、光学(高速摄影及光子学、光谱学、激光物理等)、化学(放射化学、固体化学、核化学等)、计算机科学(巨型计算机、大规模科学计算方法等)等十余个大类上百个小类的学科体系。这些学科编织成一张互相交叉的学科网络。几乎每一个关键问题的解决,都需要多个学科的协同。一个国家,要建立如此众多的学科门类,在每一个学科都有相应的人才,需要相当强大的基础国力。
学科协同发展的困难在于,由于核武器动作过程是以瞬时、高速、高温、高密度和高能为主要特征的,而这种极端条件下的研究往往不是上述学科的热点领域,因此核武器理论设计中所需的知识积累和参数积累很难从公开资料中获取,需要通过核武器研制部门的专题规划和专题研究才能解决。
接下来就是第三关“试验验证”,也就是必须建立起能够再现这些极端条件的实验场地和设备,来验证关键参数。
如前所述,通过一个反物理知觉的构型实现氢弹,是需要多个方面设计的精妙配合的,而设计问题说到底还是工程问题,需要通过试验来确定关键参数。这也正是美苏两国甘愿斥巨资进行上千次热核试验的原因。美国在此方面技术极为先进,其原以为今后可以靠海量试验数据加上全球先进的巨型计算机可以模拟核试验。但从近两年的情况看,在其核武库的老化研究以及新型核武器设计方面,计算机模拟能力仍然是有差距的。换句话讲,在核武器研制中,核试验是一个无法避开的环节。
具体到氢弹,无论哪个国家,都必须走过“核爆炸装置——武器化原子弹——氢弹”这样一条必由之路。氢弹次级点火的前提条件,就是初级必须当量够大且分量够轻——而这恰恰是原子弹武器化的基本要求。而且,所有做成氢弹的国家,还必须先做一次增强型原子弹的试验,即在原子弹核心放置一些氘氚混合物,使之在原子弹爆炸的高温高压之下发生聚变反应并放出大量中子,从而加快外部包裹裂变材料的裂变反应过程,以大幅提高裂变材料利用效率。这就是“聚变助爆式裂变武器”。这种试验对于验证当量计算与调整、聚变时间、点火温度都是非常必要的,而这些技术恰恰是开展氢弹设计的前提。
足够的核材料与国力是基础
研制氢弹的第四关是要有足够的核材料。俗话说,巧妇难为无米之炊。对于氢弹,初级的裂变材料和次级的聚变材料都是不可或缺的。无论是裂变材料钚还是聚变材料氚,都依赖于反应堆来生产。外媒根据现有材料分析推测,朝鲜恐怕难以生产足够的聚变材料。
最后一关就是工业能力和经济能力问题。生产核材料(铀、钚、重水、氘、氚、锂等)需要庞大的同位素工厂,需要涉及重工业企业为反应堆生产关键部件,而且核试验本身也需要进行规模巨大的工程建设(地下核试验的坑道绵延数公里,深度达地下几百米),还要有复杂、精密、数量巨大的核测设备。可以说,核武器及其试验的基础,是对一个国家的工业能力的全面检验;如果给出一个形象但不太严密的估计,可以说,在各领域技术障碍均已消失的假设之下,对于一个中小国家,投入全部工业能力运转一年,也许可以进行一次氢弹试验。
通过以上分析可知,要发展氢弹,需要解决多重技术、工业与经济困难。对于任何国家的科研人员而言,要在氢弹构型理论和多学科协同设计方面取得突破,是完全有可能的。但是,谁都不可能脱离核武器试验规律和现实生产能力。正常情况下,一国不可能另辟蹊径,不经足够试验即可抵达氢弹试验成功的彼岸,更不能脱离核材料生产和试验所需工业能力的限制。
运载工具亦是难题
除了氢弹本身的研制之外,任何国家要研制核武器,都还面临运载工具的问题。核武器要使用,就必须有运载工具,否则就相当于有子弹而无枪。传统上看,氢弹一类战略核武器的运载工具主要有飞机和导弹两类,目前以后者为主,特别是弹道导弹。但是,要研制使用核战斗部的弹道导弹,同样要解决诸多问题。
首先,要完成核弹小型化的问题。弹道导弹的运载能力有限,如果核弹不能小型化,缺乏可靠性(比如要经受发射震动和大气层外的考验),那就无法用于弹道导弹。核弹小型化对于中小国家而言同样存在障碍,一些国家能够突破核武器原理,但难以做出实用化的核武器,与此有密切关系。
其次,要突破再入段难关。核弹头再入段是指核弹头从大气层外重返大气层内的过程。在此过程中,核弹头以十几倍音速的再入速度快速接近地面,弹体外部要经受大气摩擦带来的高温。弹体外部的复合材料能否承受这种高温,又对一国复合材料研发和制造能力提出了很高要求。同时,再入段还涉及打击精度、对抗反导等更高的要求。
此外,运载工具本身的效能、生存能力也是问题。一国发展出火箭和初步的弹道导弹并不难,但难在发展高性能的导弹。导弹本身的性能暂且不论,仅就生存性能来说,便于陆地机动、方便长期贮存的固体发动机导弹显然优于液体发动机导弹。固体导弹本身又有技术高低——要实现同样的运载能力,有的国家可以做出短小精悍的型号,有的国家却无法实现导弹的相对小型化。
总之,要发展包括氢弹在内的核武器及其运载工具,对国家的综合国力、科技水平、社会组织结构都有极高的要求,并不是一件很简单的事情。在分析国际新闻时,也可以结合技术层面加以参考。
美国T-U构型和中国于敏构型,哪一种氢弹更先进
在小型化上,于敏构型要好于美国的t-u构型。根据已经公开的相关信息“于敏构型”在设计之初就考虑到应用型,诞生即可用于实战,接近甚至完成了小型化的应用,可使用轰炸机投射或者弹道导弹发射。在这点上,“于敏构型”完全超越了他国。中国在1967年6月17日第六次核试验中引爆了自行研发的于敏构型多级热核炸弹,与第一次引爆裂变弹相距仅32个月,是从裂变到聚变核弹发展最快的国家。引爆的核弹当量331万吨。根据中文文献记录,中国氢弹的于敏构型(首枚氢弹设计全重为一吨左右,爆炸当量百万吨以上),其要点在于使用X射线透镜而非X射线反射镜来实现从初级到次级的能量传送,即“球柱球结构”。且于敏构型比美国T-U构型设计更加巧妙,首爆氢弹体积比美国要小。扩展资料:泰勒-乌拉姆构型(英语:Teller–Ulam design,缩写:T-U design),是当前世界上绝大部分核聚变武器所使用的核武器设计概念。由于这个构型使用氢同位素聚变反应来产生中子,它被认为是“氢弹的秘密”。然而,在绝大多数应用中,它的毁灭性的能量都是来自于铀的核裂变,而不是氢的核聚变。在接近三十年的时间里,这个构型的基本特征都作为国家机密秘而不宣。它的特征包括1、将核弹的爆炸分成两个阶段,一个是用于引发次级核爆的初级核爆,另一个就是威力更大的次级核爆。2、通过初级核弹中核裂变产生的X-射线对次级核弹进行压缩,这个过程被称为对次级核弹的辐射内爆。3、在冷压缩以后,通过次级核弹内部的裂变爆炸对次级核弹进行加热。参考资料:百度百科 于敏构型
氢弹构型是什么呢?
目前国际上的氢弹有两种构型,一种是TU构型,一种是于敏构型。TU构型出自于美国,而于敏构型是我们国内于敏独创的一种氢弹构型,正是这种氢弹构型使我们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。于敏是氢弹研究中的关键核心人物。他在氢弹原理突破中解决了一系列基础问题,提出了从原理到构形基本完整的设想,起了关键作用。1965年10月,在于敏的亲自组织和部署下,氢弹理论得以突破。目前全世界只有两种氢弹构型,美国的T-U构型和中国的于敏构型。详细介绍:氢弹在核武器家族中威力最大的武器,作为一种热核武器,她使用与太阳反应相同的核聚变原理,威力远远超过核裂变的原子弹,因此氢弹成为有核国家的武库必备。将氢弹有效地武器化是核研究的一个难题,也是拥有氢弹的五大核国家严守不扩散的最高机密,在五国的氢弹中有且仅有两种结构,一种叫T-U构型,另一种是以中国科学家于敏命名的"于敏构型"。于敏构型的原理是利用最核心的原子弹爆炸产生中子,然后令外层的核装药产生核裂变,之后释放的X射线往中心聚拢,产生高温高压最终引发核聚变,核聚变以后又利用产生的高能中子去击发裂变反应。其中最关键的部分是引爆核心中的初级原子弹,中子管装置和外层和装药的多少。
我国的氢弹构型是什么?
目前国际上的氢弹有两种构型,一种是TU构型,一种是于敏构型。TU构型出自于美国,而于敏构型是我们国内于敏独创的一种氢弹构型,正是这种氢弹构型使我们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。于敏是氢弹研究中的关键核心人物。他在氢弹原理突破中解决了一系列基础问题,提出了从原理到构形基本完整的设想,起了关键作用。1965年10月,在于敏的亲自组织和部署下,氢弹理论得以突破。目前全世界只有两种氢弹构型,美国的T-U构型和中国的于敏构型。详细介绍:氢弹在核武器家族中威力最大的武器,作为一种热核武器,她使用与太阳反应相同的核聚变原理,威力远远超过核裂变的原子弹,因此氢弹成为有核国家的武库必备。将氢弹有效地武器化是核研究的一个难题,也是拥有氢弹的五大核国家严守不扩散的最高机密,在五国的氢弹中有且仅有两种结构,一种叫T-U构型,另一种是以中国科学家于敏命名的"于敏构型"。于敏构型的原理是利用最核心的原子弹爆炸产生中子,然后令外层的核装药产生核裂变,之后释放的X射线往中心聚拢,产生高温高压最终引发核聚变,核聚变以后又利用产生的高能中子去击发裂变反应。其中最关键的部分是引爆核心中的初级原子弹,中子管装置和外层和装药的多少。
氢弹的两种构型都是什么?为什么于敏的构型更厉害?
建议大家翻翻16日的的问答吧,至少会对构型有一个了解。
但这里要说的两个谣言,第一于敏构型厉害,第二只有中国有30枚氢弹。这两个信息其实都是假信息。
核弹的威力其实和构型关系不大,谈不到谁厉害和谁不厉害。达到临界值原子弹都能爆炸,达到聚变反应条件都应引发核聚变。氢弹构型上唯一的不同是达到聚变条件的容易程度和聚变材料的效率。
从效率上讲,于敏的X射线透镜构型方式的确比泰勒·乌拉姆构型要高。
由于于敏构型通过X射线聚焦造成的聚变材料聚变是初始发生在材料球的中心部位因此从理论模型上讲是更有效率的一种起爆方式。然而(就怕然而),由于工艺的问题以及原子弹爆炸后材料结构的不可控,就会导致这个X射线透镜实际上是偏离聚变材料核心的。因此这样的起爆结构依然并不能比泰勒·乌拉姆模型有绝对性的材料利用优势。
另外的一个问题点则是,大家知道于敏构型中有一个很重要的部件叫做X射线透镜,从字面意义上来说就是将分散的X射线汇聚在聚变材料核心部位的一组透镜。那么问题来了,X射线的折射率是多少?可以说是无限接近于1,也就是说穿过固体材料后X射线几乎不偏转。因此这个于敏构型的X射线透镜就根本不是一个“透镜”而是一个X射线强反射层制作的巢状结构:
是这样的!大家看到这个结构的时候应该了解X射线透镜是利用中间孔径和边缘的多层巢状结构将辐射到聚变材料球体上的X射线加强的。也就应该能够理解这样一个这样的结构其实效率并不是很高的原因了。
但无论如何,于敏构型的这个设计还是可以使聚变材料达到聚变条件的——这是一种创新设计。
只可惜,这个结构也并不是使聚变材料聚变的最完美结构。更加完美的结构是美国的国家点火装置。就是下面的这个球体:
这个球体的内部直径为10米。人在里面已经显得很渺小了。
装置启动的时候,192束高强度激光会在1纳秒内击中球心部位的氘氚小球。使小球表层离子化同时压缩球心使球心达到聚变反应的条件。小球有小?就这么大!
理论上能够释放120吨TNT当量!
再靠谱一些的X射线激光核聚变方式,其实还是于敏牵头研发的 。
有点不好意思,图不能给大家。
和美国的国家点火装置不同,中国的X射线激光核聚变项目是利用X射线激光加热金属铍球体。使之发出X射线,均匀的辐射到燃料球体上。这样比多束激光直接打靶的效率更高。
再说氢弹的另外一种构型:泰勒·乌拉姆构型。
和于敏构型不同的是,这个构型核聚变材料是圆柱形存在于弹体内的。
爆炸过程和于敏构型的差别则是利用更高的压力使得氢燃料聚变。在爆炸过程中核弹内部压力可以达到6400太帕折合大气压大约是640亿个标准大气压。在这么大的压力下,核聚变燃料开始发生聚变反应。但要注意的一点是,压力的传递其实是有时间差的。底端的聚变材料利用率不高。基本上和于敏结构的“圆心偏了”都差不多。
所以说这两种结构从世纪上讲差别并不是天差地别。其实只是速途同归的一种构型方式。
至于于敏结构得以让中国保留了世界上唯一的30枚氢弹,那么就是一个无稽之谈了。 结构并不能保证放射性材料的稳定性 。泰勒·乌拉姆方案也并不存在维护费用高的弊端。现在的氢弹内的核聚变材料并不是重水和超重水。而是氘化锂。
这里要记住一个公式
锂6加上一个中子,可以分裂成一个氦4+一个氚以及释放出5兆电子伏特的能量。
同时D+T=He+n + 17.571MeV ,你看整个反应中一点的东西其实都没浪费。而且氘化锂既提供了反应所需要的氘,又在反应过程中不断的生产氚,并且——氘化锂是一种可以长期保存的核燃料根本没有半衰期,这样何乐而不为呢?
至于国外氢弹维护成本高这件事,有。那是美国最早的氢弹。看下没有爆炸前的样子:
如果能注意到右下角坐着的人那么差不多能想到这枚氢弹的体积了吧,不仅仅如此。这枚“氢弹”重量高达62吨,真正的本体是画面左边的小锅炉。周边的设备重量达到了50多吨,其作用就是为氢弹散热。为啥要散热?——“氢弹”本体里面是液态的氘和氚。因此这种氢弹的模型叫做湿式氢弹。即便有散热设备存在,这枚氢弹也维持不了多长时间都得报废。因为液态氘分子太小,很容易透过金属壳泄露出去。
这种氢弹不仅仅是维护成本高,而且还没有办法实战,不能在打仗的时间在敌人的城市里从容的建立这种小锅炉吧?所以,湿式氢弹仅仅是为了验证聚变反应的可行性才设计的一种试验装置。维护成本当然高了。
爆炸威力——1040万吨TNT当量。但大而无用。
然而苏联在1953年8月核试验成功,爆炸了一枚40万吨当量的氢弹。这是苏联的第一枚氢弹(并不是泰勒·乌拉姆构型),爆炸当量仅仅相当于美国第一颗氢弹的零头。但取得突破的就是利用了固态氘化锂作为核聚变燃料。所以说第一枚实用型的氢弹是苏联研发成功的。由于采用了固态材料,这种氢弹叫做“干式氢弹”。后期美国跟进,英国跟进、中国跟进、法国跟进…… 现在世界上所有的氢弹其实都是干式氢弹。根本没有保存期限的问题!
再往后面说的事情就是,其实各个国家研制氢弹的专家没有一个傻子。当然,印度除外,印度固执的认为往原子弹里面加氘化锂就是氢弹,倒是催生出了一种新的核弹形式。各种构型虽然在圈外显得很神秘,但是在研究氢弹的核心圈子里其实真没那么神秘——顶多是多做几次核试验罢了。因此各种构型的优势早就开始混合了。例如现在看到的W-88核弹:
是这个样子的!大家觉得是个什么构型?如果“认真”一点点的话,是不是明天得发篇文章——《美国剽窃中国氢弹构型,要为于敏先生付专利费用》?
其实对于氢弹来说都各国的军事机密,无论是哪一种构型都是绝对的技术保密,各国都没有对外公布,而外界所获知的不过就是原理而已。我们从公开的资料来看,世界只有世界五大常任理事国拥有氢弹的制造能力,而在氢弹制造的构型上,世界上存在两种方式。
目前仅有两种氢弹的构型,一种是美国的“泰勒-乌拉姆构型”(简称“T-U构型”),而另一种就是“于敏构型”。虽然两者构型不同,但是本质上还是没有改变,都是利用初级带动次级的氢弹结构。初级一般是利用原子的裂变能量暴发出X射线,从而引爆次级和聚变氘氚材料,从而引爆氢弹。就是这样一个简单过程,但是却要有绝对的技术进行控制。其难点就在于,怎么利用核裂变产生的强大X射线来照射氘氚同位素原子。
美国所采用的是“泰勒-乌拉姆构型”(T--U构型),其结构特点就是需要研制一个保护套才行,通过圆柱体内表面的反射来聚集X射线,将其X射线能量集中到一起,从而达到引爆氢弹的目的。
而这里T--U构型的难点就是制造相对庞大的圆柱体反射结构,需要很重且很大的体积。而这又大大增加了氢弹的额外重量,这对于弹道导弹和轰炸机都有很大的限制。无法进行氢弹小型化发展,就无法实现多平台装备的局面。
而“于敏构型”则不是采用与“T--U构型”相同的方式,而“于敏构型”是采用聚集X射线的方式来达到聚焦照射的目的,而“于敏构型”的原理就是利用透镜聚焦的原理,来聚集X射线照射氘氚同位素原子,从而引发聚变。
而“于敏构型”的相对优点就是没有制造大型圆柱体结构,这就大大减少了氢弹的体积和重量,同时这样的结构相对简单,没有复杂的结构设计,并且方便制造和易于保存。这也成就了“于敏构型”的氢弹维护保养费用相对非常低,同时减少了后勤保障压力。是一种相对于其他构型来说,比较综合设计最高的氢弹构型。
于敏老先生一路走好
所以,只能说是其“于敏构型”设计是有着体型小重量轻,结构相对简单,保养方便快捷的优点。但是这并不代表“于敏构型”的氢弹就是威力最大的氢弹,这只是设计上拥有一定的优势而已,氢弹的毁灭性与构型基本无关。核武器还是不要使用的为好,多把引起用在核能源开发上更有前景!
我们知道,氢弹是利用核聚变释放能量的武器,而核聚变的引发需要很高的温度,在实际使用中,目前只能用原子弹爆炸引爆氢弹。
但是氢弹并不是简单地把原子弹(氢弹的“引信”)和氚(氢弹的“火药”)组合在一起,因为在实际引爆时,需要足够高的温度和足够高浓度的聚变燃料,才能让核聚变猛烈而持续地进行;同时,原子弹的爆炸极其猛烈,爆炸的冲击波会将其附近的一切炸得无影无踪,这会造成聚变原料在爆炸中心无法达到足够的浓度。因此,氢弹结构的设计极为复杂。
据说美国和苏联最初都研究过一种“千层饼”结构的氢弹,原子弹在中间,外面包很多层的氚化锂,原子弹一点燃,外层全部炸散,只有极少的一部分氚能够在超高温环境下完成核聚变,对聚变燃料浪费极大,而且威力大打折扣。
法国氢弹为什么有于敏构型?
归功于十九末世纪法国科学家贝克雷尔的伟大发现。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”)。但是,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,次级就被“吹”扁,也就难以产生核聚变了。于敏构型的由来:完成了氢弹最关键的基本构型设计,外媒称中国的氢弹构型为“于敏构型”,认为它是与美国提出的“泰勒·乌拉姆”构型各自独立发展的氢弹构型。这种构型至今仍是世界上保密程度最高的机密之一。已知能够控制核聚变并可以武器化的,只有美国的t-u构型和于敏构型两种,后者在小型化上甚至还要超出前者。
于敏构型好在哪里?
在小型化上,于敏构型要好于美国的t-u构型。根据已经公开的相关信息“于敏构型”在设计之初就考虑到应用型,诞生即可用于实战,接近甚至完成了小型化的应用,可使用轰炸机投射或者弹道导弹发射。在这点上,“于敏构型”完全超越了他国。中国在1967年6月17日第六次核试验中引爆了自行研发的于敏构型多级热核炸弹,与第一次引爆裂变弹相距仅32个月,是从裂变到聚变核弹发展最快的国家。引爆的核弹当量331万吨。根据中文文献记录,中国氢弹的于敏构型(首枚氢弹设计全重为一吨左右,爆炸当量百万吨以上),其要点在于使用X射线透镜而非X射线反射镜来实现从初级到次级的能量传送,即“球柱球结构”。且于敏构型比美国T-U构型设计更加巧妙,首爆氢弹体积比美国要小。扩展资料:泰勒-乌拉姆构型(英语:Teller–Ulam design,缩写:T-U design),是当前世界上绝大部分核聚变武器所使用的核武器设计概念。由于这个构型使用氢同位素聚变反应来产生中子,它被认为是“氢弹的秘密”。然而,在绝大多数应用中,它的毁灭性的能量都是来自于铀的核裂变,而不是氢的核聚变。在接近三十年的时间里,这个构型的基本特征都作为国家机密秘而不宣。它的特征包括1、将核弹的爆炸分成两个阶段,一个是用于引发次级核爆的初级核爆,另一个就是威力更大的次级核爆。2、通过初级核弹中核裂变产生的X-射线对次级核弹进行压缩,这个过程被称为对次级核弹的辐射内爆。3、在冷压缩以后,通过次级核弹内部的裂变爆炸对次级核弹进行加热。参考资料:百度百科 于敏构型
中国氢弹的于敏构型是否比美国的t- u构型设计更好
在小型化上,于敏构型要好于美国的t-u构型。根据已经公开的相关信息“于敏构型”在设计之初就考虑到应用型,诞生即可用于实战,接近甚至完成了小型化的应用,可使用轰炸机投射或者弹道导弹发射。在这点上,“于敏构型”完全超越了他国。中国在1967年6月17日第六次核试验中引爆了自行研发的于敏构型多级热核炸弹,与第一次引爆裂变弹相距仅32个月,是从裂变到聚变核弹发展最快的国家。引爆的核弹当量331万吨。根据中文文献记录,中国氢弹的于敏构型(首枚氢弹设计全重为一吨左右,爆炸当量百万吨以上),其要点在于使用X射线透镜而非X射线反射镜来实现从初级到次级的能量传送,即“球柱球结构”。且于敏构型比美国T-U构型设计更加巧妙,首爆氢弹体积比美国要小。扩展资料:泰勒-乌拉姆构型(英语:Teller–Ulam design,缩写:T-U design),是当前世界上绝大部分核聚变武器所使用的核武器设计概念。由于这个构型使用氢同位素聚变反应来产生中子,它被认为是“氢弹的秘密”。然而,在绝大多数应用中,它的毁灭性的能量都是来自于铀的核裂变,而不是氢的核聚变。在接近三十年的时间里,这个构型的基本特征都作为国家机密秘而不宣。它的特征包括1、将核弹的爆炸分成两个阶段,一个是用于引发次级核爆的初级核爆,另一个就是威力更大的次级核爆。2、通过初级核弹中核裂变产生的X-射线对次级核弹进行压缩,这个过程被称为对次级核弹的辐射内爆。3、在冷压缩以后,通过次级核弹内部的裂变爆炸对次级核弹进行加热。参考资料:百度百科 于敏构型