原子彈的原理那麼簡單,爲什麼其他各國還是造不出來?

美食博士課堂

多年前看過一篇文章,講的是如何在一所大學實驗室裡面製造一顆原子彈,裡面的步驟設計方案計劃講得頭頭是道,基本上只要有原料,一個大學物理講師帶領幾個學生,用不了多長時間就可以造出一顆原子彈。



原子彈的設計原理與爆炸原理也並不複雜, 2006年廣州日報還報道過美國位於華盛頓的喬治敦大學開辦了一門“如何製造原子彈”的課程,講師是一位退役軍官兼物理學家,另外一位講師還打算詳細論述氫彈的製造過程,但此事後來驚動了白宮,認為該課程存在核擴散的安全隱憂,勒令他們停止授課。

所以其實製造原子彈並不是那麼複雜,如果一個國家想造這種東西,基本上是阻攔不住的,以前如草鮮那麼窮的國家都能經常製造原子彈和氫彈像放炮仗一樣玩,所以世界上大多數國家如果動用國家力量去製造這東西,基本很少會有造不出來的。


那麼為什麼世界上大多數國家都沒有原子彈跟氫彈呢?實際上還是出於國家戰略的考慮,需不需要罷了?

對世界上大多數國家而言,製造和擁有核武器將會增大自身的國際壓力,甚至面臨國際制裁,朝顯伊朗等國曾經受的國際壓力和經濟制裁等等大家都有目共睹,是因為聯合國以及國際原子能機構對於世界範圍內的核武器管控是非常嚴格的。大家都聽說過《核武器不擴散條約》吧?蘇美英等62個國家於1968年7月1日在各自首同時簽署,1970年3月5日生效,該條約規定:有核國家不得以任何方式轉讓核武器或核武器爆炸裝置,非核國家則保證不製造核武器,不接受其他國家核武裝的轉讓。而且無核締約國的一切和平核裝置都應遵守國際原子能機構的規約和保障制度,國際原子能機構有權對其進行核查等11項約定。


而到了1996年,這一年的9月10日,聯合國大會以絕大多數國家贊成的情況下通過了《全面禁止核試驗條約》,條約規定締約國將在全球範圍內裁減並消除核武器,在嚴格和有效的國際監督下全面徹底核裁軍,所有締約國承諾不進行任何核武器試驗爆炸或任何其他核爆炸,並承諾不導致、鼓勵或以任何方式參與任何核武器的試驗爆炸等。


所以,至少在條約管控的情況下,某個無核國家想擁有核武器,必將遭到國際社會的問責,被制裁將在所難免,而且即使擁有了也會被要求拆除和銷燬,所以也就沒有哪些國家願意冒天下之大不韙去製造這些玩意兒了。

更何況就是有這個玩意兒又能怎麼樣呢?在俄美中英法這樣的軍事大國面前,就是有倆原子彈基本上也扔不出去,反過來則可能被對方輕鬆消滅掉。

再者,製造、試驗、保管、維護核武器也是需要錢的呀,那可是一筆不小的開支,而且玩不好還有可能傷了自己,所以只要不是面臨外部環境的強大軍事壓力,沒有哪個國家是肯下決心去觸碰這個東西的。


科普大世界

第一部分@科學現象篇:

據悉,有報道稱美國正在催促日本一批武器級鈈(一種燃料),這批鈈有331公斤,足夠製造40到50枚核彈頭!美國聲稱為了核安全,以防落入恐怖分子之手!高純度的鈈239也是製造原子彈的主要材料之一,鈈240含量在7%以下的鈈239被稱為武器級鈈!現在爆出日本多年來一直擁有331公斤的鈈,著實讓人大吃一驚!



第二部分@科學疑惑篇:

原子彈原理是什麼?技術含量有多高?為什麼現在還有很多國家都還製造不出來呢?什麼原因導致了這些國家沒辦法制造原子彈?



第三部分@科學解疑篇:

最早的原子彈的核裝藥有兩種,一種是採用鈾235,另一種是採用鈈239,但是都需要濃度高達93.5%才行,而且需要高能炸藥提前爆炸壓縮這兩種核裝藥超過臨界體積,才可以發生鏈式反應,引發核爆炸!

而且鈾235在全球天然鈾礦中含量只有0.715%,剩下的99%以上都是不能裂變利用的!要想製作原子彈,就必須加工出純鈾235,就單單這個難度就非常非常的高!

可以採用化學方式,離心法提煉出來。當時伊朗用了二十多年的時間,開動了十幾萬的離心機,才只是生產出濃度為20%的鈾235不到10公斤!可以說是為了一顆原子彈,上億人口生活困苦啊!也屬於安全上的得不償失!

而且要想得到鈈239,也只能通過在核反應堆中,用快中子轟擊鈾238得到!但後期還有繼續提煉,又由於鈈和鈾都是不同的元素,所以你要想得到鈈239,就只有建造核反應堆來人工製造了!

當然後續還有很多其它瑣屑的工作,也是非常繁雜!

為什麼還有很多國家制造不出來呢?主要有以下:

1.工業基礎薄弱,導致了設計工藝和加工生產技術跟不上!

2.生產價格太高,導致了很多國家放棄了核武器的發展,轉向國內存在的突出問題!

3.資源非常有限,比如上文中提出的鈾和鈈都是資源非常貧瘠的必須元素!

4.國際條約的嚴格限制,導致了很多國家要麼不敢發展,要麼材料不足放棄發展!



第四部分@科學科普篇:

  • 目前世界上只有9個國家擁有核武器!其中包括朝鮮!
  • 只有聯合國安全理事會5個常任理事國才是被普遍接受承認有核地位的國家!
  • 美國是世界上第一個掌握核武器的國家,也是唯一一個將核武器投入到實戰中的國家!大約有核彈數量為7200多枚!




科學無處不在

雖然原子彈的原理幾乎人盡皆知,能不能造出來主要是受限於原料、政治因素和綜合實力。

原子彈的原理說簡單也簡單,說不簡單就不簡單,只能說是“看起來簡單”。其原理的核心是核裂變、鏈式反應。(下方有動圖完美呈現原子彈爆炸原理)

原子彈作為核武器的一種,是利用核裂變釋放出來的巨大能量來起殺傷作用的一種武器。那麼什麼是裂變呢?

裂變就是質量非常大的原子核像鈾、釷和鈈等才能發生,這一類原子的原子核在吸收一箇中子以後會分裂成兩個或更多個質量較小的原子核,同時放出二個到三個中子,在這個過程中質量會損耗,根據質能方程計算會釋放巨大的能量,稱為原子能。放出的中子又能使別的原子核接著發生核裂變,在原料足夠的情況下會持續不斷的發生裂變,這種過程稱作鏈式反應。

原在發生鏈式反應時,1千克鈾-238的全部核的裂變將產生20,000兆瓦小時的能量(足以讓一個普通20兆瓦火力發電站運轉1,000小時),等同於火力發電站燃燒2500噸煤炭。

這裡還有一個概念,中子增殖係數k,這個比較好理解,如果k大於1,就可以維持鏈式反應持續進行。按理說,只要使核燃料的中子增殖係數k大於1,不加控制,將持續不斷的發生鏈式反應,則最終會發生爆炸。但是如果你從核反應堆里拉出些原料,可能幾百噸、幾千噸才會發生這樣的反應,裂變物質的利用率也很低,發生爆炸威力也不大。因此又引申出了臨界質量

的概念。

臨界質量是指維持核子連鎖反應所需的裂變材料質量。不同的可裂變材料,受物理性質、物料型狀、純度等等因素影響會有不同的臨界質量。像核反應堆裡的原料,臨界質量可能真要達到幾百噸,而武器級的19千克就足以引發爆炸。原子彈就是將幾塊高濃度的裂變材料分開放置,在引爆時將他們撞擊在一起,達到臨界質量引發核爆炸。以下圖片可以完美呈現整個過程。

因此要製造原子彈,首先要減小臨界質量,同時要提高爆炸威力。這就要求原子彈必須利用快中子裂變體系,裝藥必須是高濃度的裂變物質,同時要求裝藥量大大超過臨界質量,以使增殖係數k遠遠大於1。而武器級別的裂變物質提取難度有多高呢?

以鈾235為例,想達到高濃度並不是一件輕而易舉的事.天然鈾235的含量很小(你手裡拿著一塊鈾礦也不會受太大影響),大約140個鈾原子中只含有1個鈾235原子,而其餘139個都是鈾238原子;尤其是鈾235和鈾238是同一種元素的同位素,它們的化學性質幾乎沒有差別,而且它們之間的相對質量差也很小。既然化學性質沒有差別,用普通的化學方法無法將它們分離,目前主流的方法是“氣體擴散法”,在此就不贅述了,總之一般國家辦不了。

還有在原子彈研製過程中,還要有幾個重要能力,這都是綜合實力的體現。

一是要有強大的電子計算機進行反應過程的理論研究計算,這種計算應儘可能接近實際情況,以便從多種設想或設計方案中找出最優方案,從而節省費用與減少核試驗次數。這也是為什麼這些年大國都在飛速發展超級計算機的原因之一。

二是要按照方案或指標要求,反覆進行多方面的模擬試驗,包括

為達到核武器高度可靠和安全所必不可少的化學炸藥爆轟試驗,材料與強度試驗,環境條件試驗,控制、 點火與安全試驗等等,需要許多學科的頂尖科學家共同努力。

三是要進行必要的核試驗。無論是計算機計算和模擬實驗,都不能完美的符合真實情況,但是在1963年,美、蘇兩國為限制其他國家研製核武器,《禁止在大氣層、外層空間和水下進行核武器試驗條約》,1974年又簽訂了一個仍然適合它們需要的限制地下核試驗當量的條約,迫於政治壓力,很多國家沒法進行試驗,而且很多小國連試驗的地方都沒有,怎麼造呢?很多國家還是有製造的能力,但苦於沒有武器級別的核原料(被嚴格管控,像伊朗、朝鮮有了武器級別的核原料都要遭到制裁),所以還是造不出來。


此木曰

原子彈的工作原理其實很簡單,據說在美國的曾經有中學生通過在網上查找資料和購買零件,就可以自己組裝出來一個原子彈。

當然了,原子彈的核心材料武器級鈾和武器級鈈肯定是買不到的,只能造一個沒有火藥的“大炮仗”。

所以原子彈好造,也不好造,好造是基本上所有的國家都清除原子彈的結構原理,不好造是因為絕大多數國家要麼搞不到核材料,要麼沒辦法通過提純得到足夠的武器級核材料。

核武器的研究製造,受到聯合國《不擴散核武器條約》的限制,一般國家基本上“摸不到這些東西。

《不擴散核武器條約》是1968年由英國、美國、蘇聯和其他59個國家締結簽署的一項國際條約。宗旨是防止核擴散,推動核裁軍和促進和平利用核能的國際合作。現在大多數國家參加這項條約。

其中的第一、二、三條明文規定,有核國家不得向外擴散核技術、核材料、核武器,而無核國家也不得研究、生產、儲存核武器。

所以當《不擴散核武器條約》在聯合國頒佈通過之後,基本上絕大多數的有核和無核國家都停止了核武器技術的擴散和研究。因為無核國家研究核武器,必然會受到來自世界上的主要有核國家的打壓。

比如近些年的伊朗,就是因為打算研製核武器而遭到了西方國家的強力制裁,經濟受到嚴重打擊。

製造核武器所需要的核材料獲得困難,提純也困難。

大家都知道核武器這個東西是世界上主要強國都一律制止的東西,因此製造核武器的鈾礦資源自然就要被嚴密的檢控起來。

而且由於鈾礦資源是稀缺資源,想要製造一公斤的武器級鈾-235,大概需要200噸鈾礦石,而製造一枚最低當量的原子彈,理論上則需要14.6kg,也就是大約2920噸鈾礦。

這就大大提高了無核國家想要秘密獲取,用來製造的核武器原材料的難度。所以到目前為止,世界上的核材料基本上的流向基本上都處於國際原子能機構的嚴密監控之下的,一般國家很難獲取。

此外,即使無核國家獲得了相關的核原料,但是想要進行武器級核材料的製取和提純,其難度也是非常的高。

鈾礦中一般含有三種鈾的同位素,分別為鈾-234、鈾-235、鈾-239,這三種鈾同位素中,只有鈾-235能夠製造核武器,所以想要從這三種鈾元素中分離出能夠製造核武器的鈾-235,其技術難度非常的高,目前全世界除了有核國家以外,只有日本、伊朗等少數幾個國家擁有這一技術。

而且目前世界上進行鈾同位素分離的技術,其工作效率非常的低,據說伊朗動用超過2000臺離心機分離鈾-235,直到2010年才分離出35公斤濃度只有20%的核原料,至今也沒有生產出武器級的核材料。由此可見武器級核材料的生產難度究竟有多高。

所以我們可以看出來,無核國家想要製造原子彈,除了現實中的技術難度以外,世界上的其他有核國家對核活動的打壓,也是一個很重要的因素,很多時候,有核強國為了阻止某些敵對的無核國家獲得核技術,甚至不惜對其實施軍事打擊,來摧毀其核設施,來阻止無核國家的核技術研究。

比如以色列為了阻止伊拉克研究核武器技術,就曾經在1981年6月,對伊拉克的核設施發動了“巴比倫行動”,一舉摧毀了伊拉克的奧斯拉克反應堆,使得伊拉克的核武器研究被迫中止。


落下m

首先,造原子彈是個很費錢的事,這就卡掉了很多國家,

其次,在製造過程中,幾個最重要的環節中用到的某些最重要的設備,被幾個大流氓嚴格控制,掐的死死的,根本得不到。比如:氣態離心機。

然後,原理確實很簡單,但是怎麼把原理變成成品——這個工藝流程,被嚴格保密,你不知道,你就做不出來,哪怕你什麼都準備好了,萬事俱備只欠東風,但是就是沒有東風,你之前的所有努力就一點用都沒用。比如:氫彈是先引爆原子彈當“底火”再爆炸,但是這種原理的結構到底怎麼做出來?人類迄今為止就只找到2種解決這個問題的辦法。別人根本不知道。(說個題外話:據江湖傳說,鷹醬當年最先搞定了第一種辦法。牛牛多年站隊正確,拿來就用。毛咂難得動了回腦子,偷出了“秘方”。高盧雞翻來覆去的折騰,可是死活就是弄不出來,最後處在馬上就要瘋掉邊緣的高盧雞跟鷹醬攤牌——你要是不告訴我秘方,從明天起,村裡開會不管你說的啥我都反對!你做啥買賣我都要給你搗亂!明天24點一過我就跟毛子穿一條褲子!我不痛快你們誰都別想舒服!我就是這麼不要臉了!你到底說不說秘方!!!啊!啊!!啊!!!……鷹醬最後妥協了。)

最後,對於地球村裡的各家各戶來說,原子彈這種奢侈品,給你家帶來的不一定全是炫耀與鎮宅,也可能是殺身之禍——雖然村裡的幾戶大流氓之間矛盾重重,天天互懟,但是如果有新人要冒出來做出頭鳥……幾戶大流氓就很有可能趁著某個月黑風高夜,聯合起來,先讓你徹底消失(畫面很可能是這樣的:鷹醬帶著牛牛、高盧雞,趁著月黑風高,提刀蒙面摸到了村東頭兒那小誰家,正要破門而入準備大幹一場的時候,突然發現兔子蹲在牆角正在放風,毛咂拎著一根滴血的棍子悄悄的從屋裡正往外走……5個人對視了1分鐘,伸出左手親切的問候了一下對方家裡的女性親人,然後默默的各回各家各找各媽去了)——請問,還有誰想要原子彈嗎?


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原理簡單那也是相對的!你見過哪個老百姓或者公司能自己搗鼓出來一個原子彈?

所以,原子彈原理簡單也是相對於那些厲害的科學家們,在那種層次的科學家眼裡,是比較簡單,但是其製造工藝卻要求很高。


世界上第一顆原子彈1945年就被美國研製出來了,並接連扔了兩顆給日本鬼子,這張技術距今已經有了七十幾年,為何還只有少數國家擁有?

首先,我們看看原子彈爆炸基本原理。怎麼才能讓一堆原子在一起產生爆炸呢?

原子彈是利用原子核裂變可以釋放出巨大能量這一原理來殺傷的,簡單的說,就是用中子去衝擊鈾的原子核,這時鈾原子核會分裂成2~3個小原子並釋放出3~4箇中子,這叫一次核裂變,這些中子又會衝擊其他鈾原子核,以此類推,無數次的核裂變共同作用下(這些都是在極短時間內就完成了),而釋放出特別巨大的能量,有多大,看圖說話


上圖只是一般原子彈當量的百分之一的效果。可見,能量是多麼的巨大。

這麼來看,這種原理對於科學家並不難,的確如此,在上個世紀70年代,曾有個哈弗大學經濟系的學生,僅僅利用圖書館的公開資料,就完成了一份400多頁的《製造核彈的方法》報告,連美國核武專家泰勒都為之震驚。

那麼,到底難在哪裡?

第一,核裂變需要的鈾和鈈很難搞。原子彈需要鈾235和鈈239,天然的鈾礦石是很稀有,而其中鈾的含量卻又僅有0.7%這麼可憐,其餘都是鈾238,所以,要拿到鈾235必須對鈾238分離出去,這個過程就叫鈾濃縮。但是精確到原子的東西你要把人家分開,何況還是極其相似的物質,那是很難的,而且必須用物理方法,可見其難度有多大。

第二,實現原子爆炸的裂變裝置很難搞。上面說過,裂變要用中子去衝擊原子核,那這個衝擊可不是像我們扔東西一樣隨手一丟就可以,要求中子必須在高溫高速的條件下去衝擊原子核,誘發核裂變。因此,各國基本的做法就是利用高爆炸藥爆炸是產生巨大的衝擊波和高壓力,壓縮核燃料使其達到臨界狀態,產生核裂變。但是,

這種高爆炸藥要求必須在萬分之一秒內全部引爆,這對於技術要求是很難,為啥,萬分之一秒,你想想有多短,平時我們放一掛鞭炮需要多久,你對比一下,一掛鞭炮的炸藥量能達到引爆原子彈的高爆炸藥的萬分之一嗎?所以,這對於彈藥技術來說簡直是相當的高。世界上大多數研究原子彈沒成功的國家都是敗在這一步上。

第三,研究原子彈涉及領域廣泛。研究原子彈,不是光核物理學家一幫人的事,還要進行各種實驗驗證,化學實驗、計算機模擬,光學,聲學,熱學,動用人力物力之多,涉及領域之廣泛,沒有一個龐大的經濟、國力支持,是不能完成的。

所以,這是大國才玩得起的武器,小國以前窮沒錢沒能力,現在有錢了有人才了,可惜又晚了,被各種條約啊大國啊盯的死死的,所以也就沒辦法制造了。


戰馬一號

大家好,我是小兵。很久一來,就想寫一篇關於“×××原理很明確,為什麼要不出來?”的文章。今天就借問答這個平臺發表一下自己的觀點吧。



大家為什麼覺得原子彈的原理簡單?因為大家所瞭解的原子彈原理——將兩塊裂變材料推向一起就能激發鏈式反應引起核爆炸——只能勉強算是“定性解釋”,這樣的解釋放在網文裡或科普讀物裡給廣大群眾掃掃盲還可以。真要造出原子彈,不僅要“定性解釋”,更需要大量的“定量解釋”,因為原子彈可不是一塊大彈殼裡麵包著兩塊和材料這麼簡單,內部還有多種射線和粒子的產生和約束結構。



還有一種觀點是,原子彈不難造,難的是難以將裂變材料濃縮,只要能獲得高濃度的核燃料,一切問題就迎刃而解了。這種觀點也不對的,即便獲得了濃縮料,離原子彈也該很遠。比如如何設計彈芯結構?起爆時對壓力和溫度有什麼要求?彈芯的核材料以何種方式約束?彈體內的中子約束系統和靶料應該是什麼樣子的?這些問題不解決,是製造不出核爆炸的。而這些問題的解決不僅需要大量試驗驗證,更重要的基礎理論研究和定量計算。

舉個牽強的例子~我們所講的原子彈原理簡單就如同我預測今年七月成都要下雨一樣,而要造出一顆原子彈就是要把七月幾號幾點幾分下午,降水量有多大也預測出來一樣。原理跟實物總是差的很遠。



其實,如果按照原子彈原理簡單這種邏輯,世界上還有複雜的東西嗎?雷達不就是收發電磁波嗎?汽油機柴油機不就是燃料燃燒推動活塞嗎?航空發動機的原理不也很簡單嗎?~~~~~~


兵器小百科

相信學過高中物理的朋友都知道里面專門有一章節接受原子彈了,經過學習知道大夥兒的普遍反映是原子彈的原理不難啊。甚至有一個大學生自己寫了一篇關於怎麼製造原子彈的論文但是為什麼世界上也就不到10個國家擁有原子彈?

原子彈的原理是不難甚至可以用簡單來形容但是為了實現這個原理是很難的。製造原子彈的主要原料鈾-235少的可憐,其和鈾-238混合在一起很難分離。為了分離性質和鈾-238幾乎相同鈾-235最簡單粗暴的方法就是使用離心機將鈾-235從鈾-238中甩出來但是這就需要幾十千甚至上萬臺離心機串聯起來。要知道沒有多少國家能玩得起串聯那麼多臺離心機的,當年美國為了研製原子彈不惜使用了上千噸導電性最好的銀作為磁鐵的線圈。另外一種替代原料鈈-239提取相對於前者容易一些但是難度還是較高。

從原料這一關就沒有多少國家玩得起,解決了原料問題以後就是這麼讓他們爆炸了。為了使鏈式反應持續下去需要原料要有足夠的濃度,提純又是一個問題。假設上述兩個問題都解決了並且可以知道出來了有面臨著一個問題就是試驗了。要知道像原子彈的這種大殺器殺傷範圍特別大,國家小一點一爆炸這個國家就沒了。也許可以在國土之外爆炸但是這個前提是那個國家要有足夠的國際地位和軍事實力不然不可能。

再者就算製造出了原子彈但是我們都知道核技術是被聯合國五常給壟斷的,一旦被發現就會遭到各方面的制裁因此像以色列這種國家至今不敢公開自己擁有原子彈。更有甚者會被五大進行攻擊,當年伊朗的離心機就是被美國植入了病毒而毀壞。


利刃軍事

當我們看到伊朗用了二十多年,開動了十幾萬臺離心機,僅僅生產出20%的鈾235不到10公斤。要製造原子彈,需要鈾235的含量達到93.5%,也就是說伊朗要造出原子彈相差的還很遠很遠。可想而知要製造一顆原子有多難。而鈈239根本就沒有這種原料,得用快中子轟擊鈾238得到。
原子彈的原理很簡單,鈾235和鈈239都能製造,用高能炸藥引發鏈式反應發生爆炸。除了現有核國家能有提取技術,其它哪個國家有這個技術?不是有核國家的幫助,比登天都難。

要想得到鈈239,就得需要建造核反應堆。由於核反應堆的速度和強度,只能產生高溫,這就需要減速劑和冷卻劑。而這種減速劑和冷卻劑最好的原料是重水和輕水,想提煉出武器級的鈈,比用離心機提取出武器級的軸還麻煩。就這個核反堆無核國家也沒有這個技術。
再者,製造原子彈是龐大系統的工程,不僅需要大量的人力和物力,而且製造技術非常複雜,需要大批量的不同階層科學技術人才,弄不好本身就造成核汙染,就一個低級的核電站發生核洩漏,就會給人類造成巨大的災難。小國就算舉全國之力能製造出來一顆,上哪試驗?朝鮮試驗TNT當量不高的核武器,使用巨大的人力從地下試驗,造成周邊城市4級地震。


核不擴散條約簽訂以後,國際社會決不允許其它國家再製造核武器。哪個國家也不會冒這個險,遭到國際社會制裁,而使本國民眾生活在困苦當中,弄不好中途就被人家轟炸燬掉了。


適情雅趣

東西好造原料不好搞哇。比如鈾235,會造的,但還要15,十幾公斤吧,技術差的,就要20多公斤,鈾235在右裡面只佔嗯0.7%左右鈾,你算一下需要多少噸礦石才夠你能這麼一點兒,而且還要幾萬臺離心機,這還需要強大的電力,這可不是鬧著玩兒的,很費錢的。鈈239容易點,首先,你要有錢造幾個反應堆,然後還要照一個後處理工廠。就足以撕裂的模式,那花的也不是小錢兒啊。關鍵還要受到與國際原子能機構的檢查。最後造原子彈的時候,至少也要要十公斤左右吧。這可不是一般的小國家能幹的事兒。


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