那些你应该知道的核武器常识

尽管有关核武器的一些基础技术和原理早已不是什么秘密，但是真正能制造出可以被用作军事用途的核武器依然是一个非常复杂的过程。核试验是其中的一个必需环节，只有通过核试验才能确认核武器的设计和制造是否获得成功。

裂变型核武器

核裂变是中子与原子核碰撞，原子分裂成两个较小的原子并释放出大量能量的过程。裂变时不但释放出巨大的能量，而且同时还发射出几个中子。既然中子能引起裂变，裂变又产生更多的中子，因此可以通过链式反应在宏观尺度上使大量原子核释放出能量。只要可以控制链式反应的规模和速率，就可以利用核裂变进行发电或者制造大规模杀伤性武器。

在二战中，美国在广岛引爆的原子弹使用了高浓缩铀 （HEU） 作为裂变材料，这种高浓缩铀是铀的同位素U-235。铀可以从矿石中提取，然而只有1%的矿石中才含有同位素U-235，99.3%的矿石中含有的是质量更重的同位素U-238，而U-238不能用于维持链式反应。高浓缩被定义为浓度至少为20%的浓缩U-235；然而20%的浓缩浓度，需要从至少400公斤的原材料中提取，才能实际应用到武器的制造中。“武器级”铀 （也用于潜艇和破冰船推进） 定义为至少浓度为90%的浓缩铀 U-235。低浓度的铀被用作核电站中的燃料，通常燃料中仅包含3%到5%不等的U-235。同样的技术，不仅可以制造出以和平用途为目的的低浓度铀，还可以制造出以武器为最终产物的高浓度铀。

核裂变武器制造过程十分简单，使用常规烈性炸药将大量的U-235“射向”另一边的U-235，如此就能在冲击中产生大量的中子，保证了裂变链式反应的正常进行。核裂变核爆是最低效的一种核爆方式，比如在广岛核爆中只有约 1.4%的高浓缩铀发生了裂变。同时，需要大量的裂变材料才能保证核链反应的正常进行，因此核裂变型核武器必然会比其他的核武器笨重。各国也因此寻求更为高端的战略核武器，这种简单的裂变型核武器可能对恐怖分子更具有吸引力。由于这种核武器过于庞大，因此无法被放入到弹道导弹中，但是它可以使用飞机进行投掷，也可以通过卡车和集装箱运输。

世界上第一次核爆就是一个由可以将钚作为裂变材料的内爆装置引发的。设计出该装置的曼哈顿科学家将其命名为“小家伙”，这个装置于1945年7月16日，在美国新墨西哥州阿尔马戈尔多被成功引爆，这次引爆被称为三位一体核试验。

与铀不同的是，钚并不存在于自然界中，必须经由核反应堆才可生成。钚是所有动力反应堆的副产品，要想将其作为裂变材料投入使用，必须将其从其他高放射性废物中化学分离出来。这个过程耗费巨大，且颇具风险，要求有专业的设施以及设备。对于一般国家和恐怖组织来说，要想掌握这样复杂的技术，难度很高，因此他们通常会选择盗取成品钚。同高浓缩铀相比，钚只需较少的用量就可以维持自身的核裂变反应。但基于钚物理性质的制约，要想快速地将两个单独物质通过链式反应设备生成临界物质并不容易。

核爆中会使用钚最先引发内爆，这个过程依赖复杂的高精度爆炸透镜精密控制，需要同时从各个方向向钚反应堆喷火。为了试验内爆装置，反应堆必须压缩均匀并且需要足够快地完成试验，以避免过早的核爆，导致最终失败。在试验过程中，不到大部分裂变材料都已被消耗殆尽之时，测试条件是不适合维持链式反应的。这是一个远比构建链式反应设备更具挑战性的工程，但核控制研究所的专家警告说，只要有机会获得钚，一小群经过相关培训和具有相关经验的一般科学家，仍有能力完成该项目的试验环节。

在核试验中，钚在内爆中被瞬间压缩成高密度，达到临界质量。然而仅仅压缩到临界质量不能够保证核链反应的进行，要想实现反应的进行，在压缩过程中，还需要高能中子。获取中子仅仅依赖自然界中钚的衰变并不可靠，只有通过中子启动器获取中子，才更有把握。

内爆设计同样可以应用到高浓缩铀的生产中，这样一个小装置可以实现链式反应同样的效果。1964年中国进行了第一次核试验，当时试验中所使用的，是一个名为“596”的2.2万吨高浓缩铀内爆装置。在第一次海湾战争结束后，联合国核查人员发现，伊拉克也曾试图利用高浓缩铀生产爆缩型核武器。

聚变核武器

核聚变反应主要借助氢同位素。核聚变不会产生核裂变所造成的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，聚变反应当然也不产生温室气体，基本不污染环境。裂变时靠原子核分裂而释出能量，聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的原子核而释出能量。最常见的是由氢的同位素氘（重氢）和氚（超重氢）聚合成较重的原子核如氦而释出能量。每公斤原材料聚变反应中释放的能量，也要比裂变反应中释放的能量多。

裂变爆炸中应用聚变可以提升武器的威力，大量的聚变燃料可以被单独地引爆（氢弹的原理）。氘和氚的聚变是由裂变过程中所产生的极高温和强辐射引发的。

在裂变武器发生聚变时，高能中子很有可能与裂变原子碰撞。这些高能量碰撞要比简单的裂变释放出更多的中子，加速了链式反应的进行。这使得在装置运转之前，就已有很多原料发生了裂变。

利用重氢或超重氢等轻原子核的热核反应原理制成的聚变武器或称热核武器，通常称为氢弹、三相弹、氢铀弹、三级效应超级炸弹。还有一种新型核弹，即中子弹（neutron bomb）。中子弹实际上是一种小型氢弹，只不过这种小型氢弹中裂变的成分非常小，而聚变的成分非常大，因而冲击波和核辐射的效应很弱，但中子流极强。

聚变核武器其实是一种内爆装置，在它的裂变反应坑中心，将氘和氚气体注入空心槽内。裂变产生的高温会导致聚变，并且聚变过程中产生的高能中子，会反过来加速裂变链式反应的进行。自从1945年以来，核聚变武器武器已经将裂变核武器的效率提升了上千倍。

美国于1952年，在马绍尔群岛的环礁岛上，进行了第一次聚变核武器（氢弹）试验，名为“Ivy Mike”。作为回应，苏联于1955年，在塞米巴拉金斯克试验基地投放了名为“Joe 19”的氢弹。英、法两国分别于1957年和1968年，在圣诞岛和方加陶法环礁测试了威力更大的氢弹。中国于1967年在位于新疆的罗布泊试验基地试验了第一颗氢弹，仅比试验裂变核武器（原子弹）晚了不到3年。