Re: [分享] 生產鈽-239的原理

※ 引述《saccharomyce (酵公菌)》之銘言：
: 因此 級間結構 被認為是核武器設計最重要的機密

對, 這叫做 interstage, 非常之神秘...
https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon_design#Interstage
大家看上面這段 wiki 在說什麼就好...
整段都在抱怨美國政府神神秘秘的, 氣死鄉民.
同時好幾句話也被加註 "citation needed."
意思就是「不要唬爛了, 證據在哪裡說一下？」的文言文.

至於 interstage, 這是用來把氫彈轉換成熱核武器的關鍵.

: 以被外洩的美軍W88核彈為例
: https://i.imgur.com/HDoboVb.png

各位知道的, 核彈盛會不容易找, 都是雷射跟無人機的天下.
最近連氣球的威懾力都比核彈還要高, 這實在太離譜了!
加上前幾篇的推文裡頭有蠻多有趣的事情可以討論.
所以來湊熱鬧, 順便回溯一下推文所引發的一些細節.

一樣圖示分解, 原圖請參照酵母菌兄的 W88 斷面圖.
先簡介一下, 這個 W88 是正版的「熱核武器」.
前面提到的 Swan device 雖然是氫彈, 但主要能量還是核分裂.
它是用核融合的中子流再增強鈽層的分裂反應.
所以叫做 fusion-boosted fission.
中文可以翻譯成「由核融合所增強的核分裂反應」.
設計原本的重點還是要讓鈽燒得更完全...
但是鈽的反應更完全同時也表示氚氘的反應也更完全.
所以從機制上來說, 也很難說到底誰主誰輔...
把 Swan 稱作氫彈還說得過去, 畢竟是歷史上第一個有融合反應的炸彈.
但是它大概不太能稱作熱核武器, 因為威力太弱.

至於 W88, 這個不是 Swan device 可比的.
它屬於熱核武器, 熱核武器有個最簡單的判斷方法, 就是當量.
這個東西動不動就是數十萬噸, 百萬噸到千萬噸的也都有.
W88 的當量大約是 50 萬噸, 可能是 Swan device 的十倍左右.

然後關於 W88 這顆彈頭: https://en.wikipedia.org/wiki/W88
裡面很多資訊, 回到七十年前的時空每張圖大概都可以讓鄉民暴富. XD

這裡面有五個部份, 一個一個寫過去.
1. The "Primary"
這個非常可能就是前面提到的 Swan device 的設計.
起爆部分有標註: high explosives + 2 lenses.
但這個 2 lenses 的其中一個, 很可能就是 air lens, 純介質, 不會炸.
並不是比較出名但也比較落伍的 slow/fast high explosives.
因為兩種不同的炸藥更難加工, 材料的均質性與貼合都會是問題.

核心附近一樣是鈽做為分裂燃料, 鈹做為中子反射層.

這邊要稍微講一下中子反射層的機制.
鈹層做為中子反射層, 在起爆的時候會先被炸藥壓得支離破碎.
但又要在鈽發生核分裂的時候扮演反射的角色, 那怎麼做的?

這個設計, 本質上是利用核反應出現的時候, 其他反應都可以忽略.
雖然鈹層被炸藥炸得粉身碎骨, 但是鈹的原子核都是正常的.
所以當下一個 tick, 鈽發生核分裂, 釋出大量中子與 X-ray 的時候.
鈹會進一步被氣化為電漿態, 連電子都沒了, 但沒關係, 原子核依然正常.
這些物質被核反應炸得四分五裂, 靠化學能推動的內爆根本是小火柴而已.

然而 X-ray 與亞光速的中子更快...
相較之下鈹所形成的電漿幾乎等於在原地, 只是原子核失去了所有鍵結.
反射中子, 靠的是這一瞬間的電漿牢籠............這夠神奇了.

其他一樣是氚跟氘, 就像前面 Swan device 說過的那樣.

2. The "Secondary"
這也很奇特, 一樣是核融合跟核分裂混合的設計.
它並不是像一般的想像那樣: 先把核分裂用光, 再進行核融合.
這個 secondary core 跟 Swan device 也很像.
它在同一個位置同時提供核融合跟核分裂的反應場所.
核分裂只是先發一點點, 那一點點的時間相當於裝置點火.
但是真正在反應的時候是核融合跟核分裂都有.

這個核心的融合燃料來自於兩層氘化鋰...
氘化鋰這個東西請拗風濕兄科普就好, 他寫的比我有系統. XD

觸發這兩層氘化鋰的融合反應, 需要一個鈾-235 所形成的點火裝置.
圖示裡面註明 sparkplug 的那一圈紅色就是了.
起爆的概念也跟 Swan device 很像.
但不是用高爆炸藥, 而是用非常非常密集的 X-ray flux 照射.
這些 X-ray 的能量密集到可以氣化任何物質, 日常生活中看不到.

但一層鈾-235 還不夠狠, 外面又包了第二層 pusher.
這個圖示雖然沒講, 但我猜它的分裂反應會設計成再錯開一點點.
就是進入超臨界狀態的時間會比第一層鈾晚一點點.
這個靠調整鈾球殼的大小應該做得到.
鈾的密度大, 質量大, 對 X-ray 的 cross section 也不小.
所以它叫做 pusher, 因為在它炸開之前可以當成另一層拘束用的電漿.
重點就是要提供高溫高壓的核心, 還要維持一段電光石火的時間.

3. Radiation case
這一層是那個花生形狀的東西, 由鈾-238 所構成.
它是用來反射 primary core 的 X-ray.
老規矩, 一樣是被炸成電漿態, 靠原子核散射 X-ray.
把「一小部分」的 X-ray 散射到 secondary core 裡面.

這一路上的物質, 只有鈾-235 與鈾-238 可以散射 X-ray.
其他東西都是直接穿透的, 譬如氘化鋰.
我們說這些物質對 X-ray 近乎透明, 簡單的說法是原子核太輕.
所以 radiation case 這個花生殼所散射的 X-ray...
主要就是打到兩層的鈾, 然後由內層的鈾-235 點火誘發核融合.

但是這一層鈾-238 也可以捕捉散逸的中子, 變成新的分裂反應.
所以這個花生殼也是有威力的哦!

4. Channel filler
這一層就是大家津津樂道的「保麗龍」層.

這邊要有一個 channel filler 的原因也很直接: 不能干擾 X-ray.
整個炸彈在爆炸的過程中, 只有一開始的高爆炸藥還算是人間範圍.
至於從鈽彈開始的反應, 全部都是電漿態.

這些電漿要束縛在一定的形狀中足夠的時間.
不管是球, 橢球, 拋物面或者雙曲面, 甚至是花生形狀都一樣.
保麗龍就是要把這整個結構撐住, 在電漿態的時候, 要層層分明.
同時也不能阻擋 X-ray 入射 secondary core 的光路.

5. Booster gas canister
這個就是說...
核彈的 primary core 會腐敗, 因為氚會過期.
所以這個就是核彈的換氣孔, 不換氣會死掉.

總之先寫到這裡............比我預期的時間跟文章長度多出不少.

對了, 上面這些沒有提到熱核武器最關鍵的 interstage.
雖然看起來通通都很有道理, 但就是少了一個很關鍵的步驟.
最有趣的是說, 我完全不知道少了哪個部份... XD

看起來都很有道理, 不是嗎?

順便說一下, 《恐懼的總和》在 interstage 這裡用吸管. XD
然而重點是那一瞬間層層分明的電漿態要維持足夠的型態夠久.
用吸管對這個設計恐怕是沒幫助, 所以我個人認為那太唬爛了...

但話說回來, 搞不好有其他起爆方式可以用吸管構型, 這個不知.

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新詩練習：新鮮。踩破初春裡的狗大便；不經意的滄桑，滿溢著嫩黃的喜悅。

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