维基少年:事物工作原理/核弹

B43 是美国在 1961 年至 1965 年间制造的一种核弹。

谁发明了它？

当恩里科·费米和他的同事在 1934 年研究用中子轰击铀的结果时，人们开始意识到核能可以用来制造炸弹——任何快速能量释放都可以转化为炸弹。第二次世界大战推动科学家们积极地将这个想法变为现实。在希特勒统治下，德国人对该领域进行了一些初步调查，并走上了正确的道路，但似乎从未达到制造炸弹的能力。盟军知道德国人的努力，并积极地破坏和削弱他们。这也促使美国、英国和加拿大（故意不包括当时的苏联盟友）在罗伯特·奥本海默的领导下创建了曼哈顿计划，专门设计和建造第一颗核弹。

从一开始，苏联就对这些由美国领导的独立努力进行了间谍活动，可以说这是未来冷战的最初一步，因为核弹将改变地缘政治力量平衡。值得注意的是，苏联从一开始就在这个特定领域的物理学方面做出了巨大贡献，并且在很大程度上成功地研制了自己的核弹，仅仅利用从曼哈顿计划中窃取的数据作为验证和简化工具来实现目标。

在它被创造之前，哪些想法和/或发明必须被开发出来？

一个初步的列表肯定会包括火、工具使用、科学、力学、冶金学、矿物学、化学、炸药、数学（几何和代数）、物理学、放射学、工程学、经济学、政治学和民族国家，“现代”战争（后工业时代）。

必须发现结合能，即储存​​在铀和钚等重原子核中的能量。制造能够达到临界质量的材料的过程非常困难，并且是一个巨大的工程挑战。

它是如何工作的？

此图显示了裂变核武器的不同部分。

核弹有两种类型，裂变弹和聚变弹。裂变是指分裂，聚变是指合并。

裂变弹的工作原理是，将具有许多质子和中子的原子核组合在一起需要能量。有点像将一辆重推车推上山。再次分裂原子核会释放一些能量。一些原子具有不稳定的原子核，这意味着它们倾向于在几乎不需要推动的情况下分裂开来。

你可能听说过铀和钚，以及它们是放射性元素。这两个元素具有如此不稳定的原子核，导致它们的放射性。当原子核分裂成两个更小的原子核时，会射出几个中子。这就是辐射。天然存在的铀和钚中的原子不断发生放射性衰变。这些原子核的间距足够远，以至于中子很少撞击其他不稳定的原子核。

然而，当一个中子确实撞击一个不稳定的原子核时，就像有人撞击山顶的推车一样，它会导致那个原子核分裂并发射出另外几个中子。通过增加这些不稳定原子的浓度，一个衰变产生的中子引起另一个衰变的概率会增加。反应能够自持的浓度被称为临界质量，此时反应被称为链式反应。

随着反应的每一步，能量都会释放出来，并且会开始另外一到两步，因此反应和能量释放的雪崩会持续下去，直到裂变（不稳定）材料耗尽。

实际上，任何比铁（Fe⁵⁶，准确地说有 56 个核子）重的原子核在分裂时都会释放能量。另一方面，较轻的原子核在合并或聚变时通常会释放能量。当两个氢原子核聚变成一个氦原子核时，释放的能量最多。与放射性元素不同，使两个氦原子核合并本身就需要大量的能量。坚持推车的类比，这就像它坐在山顶的一个洞里，需要相当大的推力才能滚下来。

聚变弹的初始能量是通过用裂变弹作为第一级将氢加热到极高的温度来产生的。在启动裂变发生和氢被炸开之间的那一瞬间，温度会导致氢聚变成氦，释放出多得多的能量。

脏“核”弹的特殊情况

脏弹也可以被松散地定义为核弹，但它不需要武器级的裂变材料，它与化学武器更相似。它利用传统的爆炸系统在一个区域内散布放射性污染物。到目前为止，还没有使用过这种类型的炸弹。它的影响将类似于切尔诺贝利发生的重大大气核灾难。

它有多危险？

广岛市在被核弹摧毁之前。

广岛市在被核弹摧毁之后。

处于储存状态的核弹并不太危险，因为引爆它需要一些努力。一旦引爆，爆炸将极其危险。即使是那些在爆炸和火灾中幸存下来的人也将受到不同程度的辐射（主要取决于他们距离炸弹的距离）的影响，这些辐射会导致死亡、癌症、白血病或生殖器官损伤，导致出生缺陷水平升高，甚至完全不育。

只有两颗核弹被用在战争中。在第二次世界大战结束时，美国在日本的广岛和长崎投下了原子弹。这两次爆炸造成的死亡人数达到数十万。

在广岛，爆炸的直接影响杀死了大约 70,000 人。在爆炸之后，又有 90,000 至 140,000 人死于烧伤、辐射和相关疾病。

长崎，在（上）和原子弹爆炸之后。

它做了什么？

核弹爆炸，就像任何爆炸一样，会以热量和动能（力）的形式释放出巨大的能量，这也解释了声音、热量和光线。爆炸的规模取决于炸弹的当量（威力），而当量取决于炸弹的构成。它可以从小到“战场”核武器的相当小的爆炸，大到足以摧毁一个非常大的城市。核装置的能量释放能力是如此之大，以至于它是人类能够引发的最强大的爆炸之一。

在空中爆炸的核武器释放的能量分为四种方式

• 冲击波——总能量的 40%-50%
• 热辐射——总能量的 30%-50%
• 电离辐射——总能量的 5%
• 残留辐射——总能量的 5%-10%

取决于炸弹的当量和爆炸环境。它可以产生比最强烈的自然地震更强的冲击波，这些能量和声波本身可以传播相当远的距离，并且可以单独夷平建筑物并杀死人员。爆炸是如此强烈，以至于在其中心会形成真空；因此，在能量膨胀消散后，空气会被拉回到爆炸点。

巨大的力量不仅产生光线，其亮度可能是太阳的几倍（由于物质的高能碰撞），而且还会将周围的空气推开，迫使其膨胀，这种加速产生的冲击波是如此强烈，以至于它本身能够夷平整个城市。动能也会转化为热量，产生一个巨大的火球。热量本身会将人烧死，并在距爆炸点数英里外的地方引发火灾。但主要的破坏和影响是辐射，它不仅给那些奇迹般地幸存下来的附近的人带来可怕的痛苦，而且还会给那些生活在随后的放射性污染范围内的其他人带来痛苦，污染和导致几代人（一生）的基因缺陷。

与其他只具有对生命或设施的战术破坏目的的炸弹不同，核武器库迄今为止一直仅受国家控制，并且主要作为威慑和政治工具，以避免旷日持久的公开冲突。请注意，对装置的投送系统给予了特别的关注。从“简陋”的核弹（旨在从飞机上投下）发展到洲际导弹的技术先进弹头，因为第一枪在战略上将是决定谁在核冲突的结局中遭受损失较少的主要因素，而核冲突中没有赢家。

它如何改变了世界？

核弹是人类历史上最具破坏性的武器之一。但改变世界的不是它的研发，而是各国都考虑使用这种武器的现实。在第二次世界大战结束时，美国在日本城市广岛和长崎投下了两颗原子弹。这样做主要目的是迫使日本尽快投降，这样美国就不必入侵日本，苏联也无法入侵日本领土。轰炸造成的肆意破坏以及直接和长期的影响，引发了强烈反对使用核武器的呼声。

旁注

，由日本艺术家石桥功（Isao Hashimoto）制作。自 1945 年美国在广岛和长崎投下第一颗原子弹以来，全球已记录了惊人的 2056 次核试验。
直到一年后才进行了下一次重大核试验，但到了 50 年代和 60 年代中期，几乎每个月都有核试验记录在全球各地。

在对日本使用核武器后，美国的全球政治力量发生了重大转变，这使得美国能够阻止甚至驳回此前与二战期间盟友苏联领导人斯大林达成的关于领土和势力范围的协议。这种新的力量失衡是核军备竞赛的开端，并导致核试验大幅增加，对环境造成严重影响。

在二战结束后不久，美国在以前的主要力量和主要盟友英国（以及正在结束的前帝国）的支持下，采取措施阻止苏联扩张到欧洲。这导致了数十年的僵持权力斗争，即所谓的“冷战”。双方都拥有足够的核弹来彻底摧毁对方，这也将对全世界人口造成可怕的伤害。这给了每个人一个非常强烈的理由来避免发动战争，创造了一种被称为“相互确保毁灭”（MAD）的战略，它影响了冷战期间的世界政治，并定义了超级大国之间的力量平衡。

核降级

核降级的主要目标是旨在维护所有反对的地球政治核力量之间的力量平衡，例如美国与俄罗斯、巴基斯坦与印度，以及在较小程度上中国，甚至在不久的将来以色列、伊朗和沙特阿拉伯。这也是朝鲜不断向美国、韩国和日本进行勒索的主要内容。

虽然条约本身可以节省这些国家在争夺世界或地区影响力的持久权力斗争中的资源，而经济和技术可能比大规模生产核武器的能力更重要。但这种相互同意的战略也有其缺陷，或者明显偏袒一方，例如，禁止核试验，技术能力更强的国家可以通过模拟和相关技术（例如运载系统（距离、隐形和小型化）和改进的引爆系统）来推进核武器发展，从而获得优势，以及能够拦截和禁用洲际运载工具的能力，给对方施加压力，不仅需要更多武器，还要发展能够影响（社会经济）对方并能够探测和监测核武器储备和移动的能力。

谁拥有“核弹”？

美国、英国、法国、印度、巴基斯坦、俄罗斯、朝鲜和中国都承认拥有核武器库。以色列没有承认，但据信也拥有核武器；这也有南非/南极洲附近未经证实的核试验（维拉事件）和以色列购买核武器元件的支持。

南非政府于 1990 年拆除了其所有核武器，成为世界上第一个自愿放弃其所有自行研发的核武器的国家。

还有许多其他国家可能拥有秘密制造或与核国家达成某种协议而维护的核武器。例如，截至 2009 年 11 月，比利时、德国、意大利、荷兰和土耳其仍在作为北约的一部分托管美国的核武器。