維基少年:事物工作原理/核彈

B43 是美國在 1961 年至 1965 年間製造的一種核彈。

誰發明了它？

當恩里科·費米和他的同事在 1934 年研究用中子轟擊鈾的結果時，人們開始意識到核能可以用來製造炸彈——任何快速能量釋放都可以轉化為炸彈。第二次世界大戰推動科學家們積極地將這個想法變為現實。在希特勒統治下，德國人對該領域進行了一些初步調查，並走上了正確的道路，但似乎從未達到製造炸彈的能力。盟軍知道德國人的努力，並積極地破壞和削弱他們。這也促使美國、英國和加拿大（故意不包括當時的蘇聯盟友）在羅伯特·奧本海默的領導下建立了曼哈頓計劃，專門設計和建造第一顆核彈。

從一開始，蘇聯就對這些由美國領導的獨立努力進行了間諜活動，可以說這是未來冷戰的最初一步，因為核彈將改變地緣政治力量平衡。值得注意的是，蘇聯從一開始就在這個特定領域的物理學方面做出了巨大貢獻，並且在很大程度上成功地研製了自己的核彈，僅僅利用從曼哈頓計劃中竊取的資料作為驗證和簡化工具來實現目標。

在它被創造之前，哪些想法和/或發明必須被開發出來？

一個初步的列表肯定會包括火、工具使用、科學、力學、冶金學、礦物學、化學、炸藥、數學（幾何和代數）、物理學、放射學、工程學、經濟學、政治學和民族國家，“現代”戰爭（後工業時代）。

必須發現結合能，即儲存​​在鈾和鈽等重原子核中的能量。製造能夠達到臨界質量的材料的過程非常困難，並且是一個巨大的工程挑戰。

它是如何工作的？

此圖顯示了裂變核武器的不同部分。

核彈有兩種型別，裂變彈和聚變彈。裂變是指分裂，聚變是指合併。

裂變彈的工作原理是，將具有許多質子和中子的原子核組合在一起需要能量。有點像將一輛重推車推上山。再次分裂原子核會釋放一些能量。一些原子具有不穩定的原子核，這意味著它們傾向於在幾乎不需要推動的情況下分裂開來。

你可能聽說過鈾和鈽，以及它們是放射性元素。這兩個元素具有如此不穩定的原子核，導致它們的放射性。當原子核分裂成兩個更小的原子核時，會射出幾個中子。這就是輻射。天然存在的鈾和鈽中的原子不斷發生放射性衰變。這些原子核的間距足夠遠，以至於中子很少撞擊其他不穩定的原子核。

然而，當一箇中子確實撞擊一個不穩定的原子核時，就像有人撞擊山頂的推車一樣，它會導致那個原子核分裂併發射出另外幾個中子。透過增加這些不穩定原子的濃度，一個衰變產生的中子引起另一個衰變的機率會增加。反應能夠自持的濃度被稱為臨界質量，此時反應被稱為鏈式反應。

隨著反應的每一步，能量都會釋放出來，並且會開始另外一到兩步，因此反應和能量釋放的雪崩會持續下去，直到裂變（不穩定）材料耗盡。

實際上，任何比鐵（Fe⁵⁶，準確地說有 56 個核子）重的原子核在分裂時都會釋放能量。另一方面，較輕的原子核在合併或聚變時通常會釋放能量。當兩個氫原子核聚變成一個氦原子核時，釋放的能量最多。與放射性元素不同，使兩個氦原子核合併本身就需要大量的能量。堅持推車的類比，這就像它坐在山頂的一個洞裡，需要相當大的推力才能滾下來。

聚變彈的初始能量是透過用裂變彈作為第一級將氫加熱到極高的溫度來產生的。在啟動裂變發生和氫被炸開之間的那一瞬間，溫度會導致氫聚變成氦，釋放出多得多的能量。

髒“核”彈的特殊情況

髒彈也可以被鬆散地定義為核彈，但它不需要武器級的裂變材料，它與化學武器更相似。它利用傳統的爆炸系統在一個區域內散佈放射性汙染物。到目前為止，還沒有使用過這種型別的炸彈。它的影響將類似於切爾諾貝利發生的重大大氣核災難。

它有多危險？

廣島市在被核彈摧毀之前。

廣島市在被核彈摧毀之後。

處於儲存狀態的核彈並不太危險，因為引爆它需要一些努力。一旦引爆，爆炸將極其危險。即使是那些在爆炸和火災中倖存下來的人也將受到不同程度的輻射（主要取決於他們距離炸彈的距離）的影響，這些輻射會導致死亡、癌症、白血病或生殖器官損傷，導致出生缺陷水平升高，甚至完全不育。

只有兩顆核彈被用在戰爭中。在第二次世界大戰結束時，美國在日本的廣島和長崎投下了原子彈。這兩次爆炸造成的死亡人數達到數十萬。

在廣島，爆炸的直接影響殺死了大約 70,000 人。在爆炸之後，又有 90,000 至 140,000 人死於燒傷、輻射和相關疾病。

長崎，在（上）和原子彈爆炸之後。

它做了什麼？

核彈爆炸，就像任何爆炸一樣，會以熱量和動能（力）的形式釋放出巨大的能量，這也解釋了聲音、熱量和光線。爆炸的規模取決於炸彈的當量（威力），而當量取決於炸彈的構成。它可以從小到“戰場”核武器的相當小的爆炸，大到足以摧毀一個非常大的城市。核裝置的能量釋放能力是如此之大，以至於它是人類能夠引發的最強大的爆炸之一。

在空中爆炸的核武器釋放的能量分為四種方式

• 衝擊波——總能量的 40%-50%
• 熱輻射——總能量的 30%-50%
• 電離輻射——總能量的 5%
• 殘留輻射——總能量的 5%-10%

取決於炸彈的當量和爆炸環境。它可以產生比最強烈的自然地震更強的衝擊波，這些能量和聲波本身可以傳播相當遠的距離，並且可以單獨夷平建築物並殺死人員。爆炸是如此強烈，以至於在其中心會形成真空；因此，在能量膨脹消散後，空氣會被拉回到爆炸點。

巨大的力量不僅產生光線，其亮度可能是太陽的幾倍（由於物質的高能碰撞），而且還會將周圍的空氣推開，迫使其膨脹，這種加速產生的衝擊波是如此強烈，以至於它本身能夠夷平整個城市。動能也會轉化為熱量，產生一個巨大的火球。熱量本身會將人燒死，並在距爆炸點數英里外的地方引發火災。但主要的破壞和影響是輻射，它不僅給那些奇蹟般地倖存下來的附近的人帶來可怕的痛苦，而且還會給那些生活在隨後的放射性汙染範圍內的其他人帶來痛苦，汙染和導致幾代人（一生）的基因缺陷。

與其他只具有對生命或設施的戰術破壞目的的炸彈不同，核武器庫迄今為止一直僅受國家控制，並且主要作為威懾和政治工具，以避免曠日持久的公開衝突。請注意，對裝置的投送系統給予了特別的關注。從“簡陋”的核彈（旨在從飛機上投下）發展到洲際導彈的技術先進彈頭，因為第一槍在戰略上將是決定誰在核衝突的結局中遭受損失較少的主要因素，而核衝突中沒有贏家。

它如何改變了世界？

核彈是人類歷史上最具破壞性的武器之一。但改變世界的不是它的研發，而是各國都考慮使用這種武器的現實。在第二次世界大戰結束時，美國在日本城市廣島和長崎投下了兩顆原子彈。這樣做主要目的是迫使日本儘快投降，這樣美國就不必入侵日本，蘇聯也無法入侵日本領土。轟炸造成的肆意破壞以及直接和長期的影響，引發了強烈反對使用核武器的呼聲。

旁註

，由日本藝術家石橋功（Isao Hashimoto）製作。自 1945 年美國在廣島和長崎投下第一顆原子彈以來，全球已記錄了驚人的 2056 次核試驗。
直到一年後才進行了下一次重大核試驗，但到了 50 年代和 60 年代中期，幾乎每個月都有核試驗記錄在全球各地。

在對日本使用核武器後，美國的全球政治力量發生了重大轉變，這使得美國能夠阻止甚至駁回此前與二戰期間盟友蘇聯領導人斯大林達成的關於領土和勢力範圍的協議。這種新的力量失衡是核軍備競賽的開端，並導致核試驗大幅增加，對環境造成嚴重影響。

在二戰結束後不久，美國在以前的主要力量和主要盟友英國（以及正在結束的前帝國）的支援下，採取措施阻止蘇聯擴張到歐洲。這導致了數十年的僵持權力鬥爭，即所謂的“冷戰”。雙方都擁有足夠的核彈來徹底摧毀對方，這也將對全世界人口造成可怕的傷害。這給了每個人一個非常強烈的理由來避免發動戰爭，創造了一種被稱為“相互確保毀滅”（MAD）的戰略，它影響了冷戰期間的世界政治，並定義了超級大國之間的力量平衡。

核降級

核降級的主要目標是旨在維護所有反對的地球政治核力量之間的力量平衡，例如美國與俄羅斯、巴基斯坦與印度，以及在較小程度上中國，甚至在不久的將來以色列、伊朗和沙烏地阿拉伯。這也是朝鮮不斷向美國、韓國和日本進行勒索的主要內容。

雖然條約本身可以節省這些國家在爭奪世界或地區影響力的持久權力鬥爭中的資源，而經濟和技術可能比大規模生產核武器的能力更重要。但這種相互同意的戰略也有其缺陷，或者明顯偏袒一方，例如，禁止核試驗，技術能力更強的國家可以透過模擬和相關技術（例如運載系統（距離、隱形和小型化）和改進的引爆系統）來推進核武器發展，從而獲得優勢，以及能夠攔截和停用洲際運載工具的能力，給對方施加壓力，不僅需要更多武器，還要發展能夠影響（社會經濟）對方並能夠探測和監測核武器儲備和移動的能力。

誰擁有“核彈”？

美國、英國、法國、印度、巴基斯坦、俄羅斯、朝鮮和中國都承認擁有核武器庫。以色列沒有承認，但據信也擁有核武器；這也有南非/南極洲附近未經證實的核試驗（維拉事件）和以色列購買核武器元件的支援。

南非政府於 1990 年拆除了其所有核武器，成為世界上第一個自願放棄其所有自行研發的核武器的國家。

還有許多其他國家可能擁有秘密製造或與核國家達成某種協議而維護的核武器。例如，截至 2009 年 11 月，比利時、德國、義大利、荷蘭和土耳其仍在作為北約的一部分託管美國的核武器。