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2023-01-30
小男孩原子彈結(jié)構(gòu)特征（）
更新時間：2022-09-06 12:19:36作者：未知
1945年8月，美國投到日本廣島的那顆原子彈（代號叫“小男孩”）采用的是槍式結(jié)構(gòu)，彈重約4100公斤，直徑約71厘米，長約305厘米。核裝藥為鈾235，爆炸威力約為14000噸梯恩梯當(dāng)量。在槍式結(jié)構(gòu)中，每塊核裝藥不能太大，最多只能接近于臨界質(zhì)量，而決不能等于或超過臨界質(zhì)量。因此當(dāng)兩塊核裝藥合攏時，總質(zhì)量最多只能比臨界質(zhì)量多出近一倍。這就使得原子彈的爆炸威力受到了限制。
在槍式結(jié)構(gòu)中，兩塊核裝藥雖然高速合攏，但在合攏過程中所經(jīng)歷的時間仍然顯得過長，以致于在兩塊核裝藥尚未充分合并以前，就由自發(fā)裂變所釋放的中子引起爆炸。這種“過早點火”造成低效率爆炸，使核裝藥的利用率很低。一公斤鈾235（或钚239）全部裂變，大約能釋放18000噸梯恩梯當(dāng)量的能量，一顆原子彈的核裝藥一般為15～25公斤鈾235（或6～8公斤钚239），以此計算，“小男孩”的核裝藥利用率還不到百分之五。
鈾在正常壓力下的密度約為19克/立方厘米。在高壓下，鈾可被壓縮到更高的密度。研究表明，對于一定的裂變物質(zhì)，密度越高，臨界質(zhì)量越小。根據(jù)這一特性，在發(fā)展槍式結(jié)構(gòu)的同時，還發(fā)展了一種內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)。在槍式結(jié)構(gòu)中，原子彈是在正常密度下用突然增加裂變物質(zhì)數(shù)量的方法來達(dá)到超臨界，而內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)原子彈則是利用突然增加壓力，從而增加密度的方法達(dá)到超臨界。
在內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)中，將高爆速的烈性炸藥制成球形裝置，將小于臨界質(zhì)量的核裝料制成小球，置于炸藥中。通過電雷管同步點火，使炸藥各點同時起爆，產(chǎn)生強(qiáng)大的向心聚焦壓縮波（又稱內(nèi)爆波），使外圍的核裝藥同時向中心合攏，使其密度大大增加，也就是使其大大超臨界。再利用一個可控的中子源，等到壓縮波效應(yīng)最大時，才把它“點燃”。這樣就實現(xiàn)了自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致極猛烈的爆炸。內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)優(yōu)于槍式結(jié)構(gòu)的地方，在于壓縮波效應(yīng)所需的時間遠(yuǎn)較槍式結(jié)構(gòu)合攏的時間短促，因而“過早點火”的幾率大為減小。這樣，內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)就可以使用自發(fā)裂變幾率較大的裂變物質(zhì)，如钚239作核裝藥；同時使利用效率大為增。
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