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美国曾为日本准备过第三枚原子弹

兵器知识 2019-08-23 16:35:06
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美国曾为日本准备过第三枚原子弹

众所周知,1945年8月6日和8月9日,美国分别向日本的广岛和长崎投掷了一枚原子弹,爆炸当时造成了至少100000人当场死亡,在接下的一段时间内又相继造成了数万人死亡,这加快了日本军国主义政府投降的进程。在原子弹轰炸长崎以后,不到一周的时间,8月15日,日本向盟军投降,第二次世界大战结束。

2002年,驾驶飞机向广岛投掷原子弹的飞行员保罗·提贝兹向英国报纸透露了一个秘密,美军本来还打算向日本扔下第三枚原子弹!他描述到:“第一枚扔下去之后的两三天里,美国没有听到日本的任何动静,第二枚扔下去几天之后他们依然保持沉默。然后我接到了当时空军太平洋战略指挥部的参谋部长柯蒂斯·李梅将军的电话:“你还有那些玩意吗?”我说“有”。他说:“把它带到这里来,叫你的人做好准备,过几天把它投出去!”然后,正当我们准备把那枚原子弹运到提尼安岛的时候,战争结束了。”

世界上前三个钚核的镁合金外壳

世界上前三个钚核的镁合金外壳

这第三枚原子弹所用的裂变核心就是“恶魔核心”,它本来计划于当年8月13日被扔到日本,但在长崎爆炸后日本帝国迅速投降,这个核心没有被立即用于军事方面。相反,在战争结束后,在新墨西哥州洛斯·阿拉莫斯国家实验室工作的物理学家决定用剩下的这枚代号“鲁弗斯”(Rufus)的核弹核心来计算核心达到临界状态需要什么条件。然而,这枚核心却在此后夺去了两位科学家的生命,因此它得到了“恶魔核心”的称谓。

关于钚和钚核心

钚(Pu)是一种放射性元素,是原子能工业的一种重要原料,可作为核燃料和核武器的裂变剂。钚核是内爆式核武器的核心(可用最少物料达到临界质量的形状是球形),通常由两块半球形裂变材料和包围在两半球赤道交界面上的中子反射体组成;内爆过程中,反射体可有效减少从赤道面泄出的中子流量。在美国第一次“三位一体”核试验中,内爆装置基本上就是“恶魔核心”,只是少了中子反射环而已。50年代的设计中,核心材料多为铀235或掺杂少量钚,60年代及以后主要用纯钚。

士兵与钚核心合影

士兵与钚核心合影

“恶魔核心”是二战期间制造的第三个可裂变核材料的核心,它包含两块钚镓合金半球(其中钚的同素异形体为相)以及一个防中子流泄露的圆环,共重6.2千克,直径8.9厘米。因为具有放射性,“恶魔核心”永远是热乎乎的。1945年的中子反射环为碳化钨砖块,而1946的中子反射球壳由铍制成。弹芯周围的铍有两个作用,一是充当惰层,二是将中子挡回弹芯,增加链式反应。因为如果没有很重的铍层的话,钚弹芯在开始裂变后会迅速膨胀,很快密度会下降到临界以下。在早期的核武器中,只有20%左右的裂变材料发生了裂变,其它都被炸飞了。因为钚易腐蚀,所以后期处理时在其表面镀了镍。“恶魔核心”的总质量仅比无中子反射体时的临界质量小5%左右,然后在实验中通过调节反射程度,而得知需要多少中子被反射才能使核心达到引发链式反应的超临界状态(把本来向外扩散的中子反弹回来,就增加了由中子触发的链式反应的概率),最终直接用于裂变核武器即俗称的原子弹。超临界(supercriticality)不是原子弹爆炸的状态,而是裂变材料能自发维持链式反应的状态,充要条件是有中子指数地产生去引发后续反应。中子有两种增殖方式,一是铀或钚原子核被前一个中子轰击分裂后释放出,二是分裂后较轻核在衰变时释放出。前者生成得非常快,而后者耗时数微秒至数分钟。

美军在运输“胖子”原子弹

美军在运输“胖子”原子弹

“胖子”是内爆式钚弹。处于低临界的球形钚,被放置在空心的球状炸药内,周围接上了32枚同时起爆的雷管。雷管接通起爆后,产生强大的内推压力,挤压球形钚。当钚的密度增加至超临界状况,引发起核子连锁反应,造成核爆。由于内爆式钚弹是一种崭新的设计,因此美国在使用前,先在1945年7月16日新墨西哥州试爆了另一枚同一模式,称为“小玩意”(Gadget)的原子弹。结果试验非常成功,得到的当量达2万吨,比原先预计高出2~4倍。

“胖子”结构示意图

“胖子”结构示意图

责任编辑:郗延祚
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