楊若楓
哈哈一克,好玩的問題。
首先說題主提到的是氫彈,那麼就好辦了。
核聚變是沒有臨界質量的,因此只要能引發聚變即可。
以氘來計算吧,1克的氘聚變成氦會損失大約0.029158的質量,也就是0.029158克完全轉換為能量。
帶入E=MC²的公式裡面
E=(0.029158/1000)*299792458²=2620590350.16千焦的能量。這個能量如果按照TNT(一公斤TNT爆炸產生4200千焦能量)當量計算則是 2620590350.16/4200/1000=623.95噸TNT爆炸的能量。
當然了這是純計算的結果。
目前有沒有方法使僅僅1克的氘進行聚變呢?還是有的,通過高能激光轟擊氘或者氚使氘氚原子獲得極大的能量通過原子的動能完成聚變。
這裡就要說到美國的國家點火裝置了(NIF),NIF就是利用高能激光轟擊氘氚材料進行點火的人工激光核聚變裝置。
不過被轟擊的燃料小球遠遠小於1克,大約就僅僅是0.02克的樣子。
這枚金色的燃料小球被放置於激光點火室內。
通過點火室的密密麻麻的激光孔中注入激光來擊中這枚燃料球。大家可以對比照片上的人來看下點火室的大小。
而整個裝置的佔地面積則超過了三個標準足球場的大小。
說回能量:
623.95噸TNT的爆炸,帶入計算系統後可以知道:
如果在曼哈頓的話,火球直接夷平兩個街區,衝擊波可以延伸到20個街區的範圍。
這只是一克的理論計算數值,在工程上基本上是達不到的。目前各種核武器的爆炸過程會將絕大部分的核燃料浪費掉。
軍武數據庫
提問者的真實意圖是一克氫彈材料完全聚變能放出多少能量?
這個問題有以下三種計算方法:結論是相當於10000發155mm高爆榴彈
第一種
氫彈其實是氘氚彈,並不是真正的氫原子製成的彈,氫彈爆炸時內部方程式如下:
2D+3T—→4He+1n,每次聚變可以放出約為17.6MeV的能量,平均每個核子放出3.5兆。質子質量是1.672621637(83)×10-24克,1g大約有5.979×10 23個核子,可以放出3.5×5.979×10 23=2.093×10^(24)兆電子伏特能量。
1兆電子伏特=1.6×10^(-13)焦耳。
0.4克氘和0.6克氚的混合物聚變放出3.348×10^(11)焦耳能量。
1噸TNT相等於4.184×10^(9)焦耳。
所以0.4克氘和0.6克氚的混合物聚變最多可以放出81.293噸TNT
可能大家對於這個概念瞭解還不是很直觀,這麼說155mm高爆榴彈裝藥大於為8千克的TNT,可以使得一幢五層約20個單元的住宅樓炸燬。這就好比相當於10000發155mm高爆榴彈。
當然現實中是不會有這麼大威力的,因為氫彈的裝料不是純的氘和氚,而是採用更穩定的氘化鋰,這樣1g中含有的有效成分就會降低,況且此聚變反應點火溫度4×10^7K,1g的氫彈是無法爆炸的。
第二種:
2D+3T—→4He+1n,通過此方程查詢如下圖中結合能曲線計算。原理就是原子核分裂開時需要吸收能量,重新聚合成原子核時需要放出能量。查詢比結合能後繼續利用第一種方法計算。
第三種:
利用質量虧損來計算,利用下圖質能方程來準確計算。