热核武器(热核弹头和核弹的区别)

说到大规模杀伤性武器，大多数人肯定第一时间想到核武器，“核武器意味着驱逐舰柯南”的概念基本上已经成为了大家的潜意识反应。事实上，自从潘多拉魔盒在70多年前打开以来，核武器已经成为悬在人类文明头上的达摩克利斯之剑。为什么这么说？纵观人类发展史，其实可以看作是一部战争史。文明的进化无时无刻不伴随着战争和杀戮。唯一不同的是，随着文明的发展，杀人的效率越来越高。进入冷兵器时代进入热兵器时代后，战争中杀人的效率呈指数级提升。直到20世纪40年代核武器出现，大家才开始停止，因为这个东西似乎真的能“把人送回到石器时代”。

“欢呼城堡”热核试验

所以，正是因为核武器带来的这种巨大威慑力(把人类送回到石器时代可能有些夸张，但绝对有可能打击整个人类文明)，在现阶段几大核大国之间保持着微妙的平衡。离家近一点，至于核武器的威力，其实不同类型的核武器差距很大，也有数量级的差异。其中，最强大、真正代表人类最高力量的热核武器，就是今天文章要讨论的氢弹。说到这里，第一个问题就出来了。为什么氢弹被称为热核武器？这涉及到氢弹的原理。简单来说，氢弹的原理是:在极高的温度下，一些较轻的原子核，如氘和氚(氢的同位素，听起来分别与“捣捣”和“川川”相同)，会发生“聚变反应”，即聚合生成质量更高的较重元素，同时释放出巨大的能量(远远超过同一单元重原子核裂变释放的能量)。如下图所示，是氘氚聚变示意图:

氚热核聚变

轻核在极高温度环境下发生聚变反应的过程称为“热核聚变”，所以这就是氢弹被称为热核武器的原因。但是这里还有一个问题，就是上面提到的反应条件:温度极高。这个“极高的温度”有多高？有标准范围吗？严格来说，没有热核反应。我在这里简单解释一下。例如，当温度为1亿摄氏度时，热核材料可以在这种条件下发生强烈且可持续的热核反应。这是不是意味着温度只有5000万或者3000万摄氏度就不会发生热核反应？不是的，几千万摄氏度的高温已经可以引发一些轻核之间的热核反应，但是这个温度下的核反应效率远不如1亿摄氏度时(比如只有少量热核材料参与反应)，也就是热核反应不那么剧烈，存在反应过程无法自发维持的可能。原因与粒子的热运动有关。环境温度越高，此时粒子的运动状态越强烈，越容易突破原子间的排斥。

微观粒子运动

因此，我们可以认为温度主要影响热核反应的效率和是否能保证反应的可持续性，但对于是否能发生热核反应并没有太严格的温度限制。但是，在武器制造中，要建造一个能够创造上亿摄氏度甚至更高的温度环境来触发热核反应顺利进行的装置是不现实的，也就是以目前的技术水平无法建造。那么，有没有办法在保证热核反应效率和可持续性的同时降低环境温度呢？真的有这个办法，就是把环境的压力提高，这个压力需要提高到什么程度？提高恒星内部中心压力最简单的例子是太阳，它的中心温度只有1500万摄氏度左右，但热核聚变总是可以在其中发生。原因是太阳是恒星，它的内压很高。我们可以理解，在这种超高压条件下，原子之间的距离会减小，运动时更容易发生碰撞和聚合。

天然热核反应堆-太阳

因此，只要加上“巨大压力”的条件，就可以在相对较低的温度下顺利保证热核聚变。但以人类目前的科技水平，这种“巨大的压力”很难通过常规手段实现，即很难提供一个可以发生热核聚变的极高温度和高压环境。既然常规手段达不到，有什么非常规手段吗？同样，使用原子弹。当原子弹爆炸时，它的爆炸中心是一个极好的环境，足以引发氘和氚之间的热核聚变。所以，为什么现在所有的氢弹都用原子弹作为点火的扳机？原因就在于上面。目前，除了原子弹也是核武器之外，没有任何常规武器可以用来点燃氢弹。下图显示了泰勒-乌拉姆(Taylor-ulam)氢弹的原理:

泰勒-乌拉姆构型氢弹

从上面T-U氢弹的示意图可以知道，它有两种反应结构，即Primary和Secondary。反应过程是怎样的？我在这里给大家简单介绍一下。首先，所谓的一级反应结构实际上是一个微型原子弹，但它的中心部分包裹着一定量的热核材料氚。这种微型原子弹的主要功能是为下一次二次反应提供高温、高压、高能的中子通量。在二级结构中，主要有氘化锂-6、铀-235和钚-238等核材料。然后，在一次反应产生的高能中子流的作用下，氘化锂-6会在中产生氘。最后，氘和氚在极高的温度和高压下会发生聚变，不仅会释放能量，还会产生大量的高能中子，而这种聚变产生的高能中子流又会反过来促进之前的钚-。是的，即使铀-238在高能中子的轰击下也会发生裂变，但不会发生连锁反应。

具有两个次级结构的三相炸弹

所以，话虽如此，关于氢弹原理的相关知识也基本讲完了。至于我们平时听到的三相弹和两相弹，其实和它的二级结构数量有关。只有一个一级和一个二级反应结构是两相弹。一个一级加两个二级结构就是三相炸弹；所以，以此类推，四相炸弹是一个一级+三个二级结构，五相炸弹是一个一级+四个二级结构...n相弹是一级+(n-1)二级结构，子结构数量越多，通常氢弹威力越大。同样，为什么氢弹的威力理论上是无限的？因为它的二级结构的数量可以一直堆积。当然，真正的无限性是不存在的。毕竟当质量达到一定程度，就会变成恒星，稳定发光发热，不会再发生核爆炸。