核武器的设计③（物理部分——增强型核弹构型2）

ps:本人所在学校没有物理课，不懂核工程与核技术，本文仅做探讨、娱乐、聊天之用，如有错误请指出。文章放到现实有一定危险性，擅自模仿本文任意实验受到伤害后果自负。 上期我们讨论了改进型核弹“Mk-4”的构型，如果没有看前两篇专栏的同志们可以看看主页投稿。今天我们讨论真正的增强（也可以称之为助爆）型核弹和它相对具体的构造。 人类早在曼哈顿计划前就发现了核聚变的存在以及人为引发核聚变的可能性。等到造出原子弹后，不可避免的想为炸弹不增加太多重量的情况下大大增加其威力。增强型核弹应运而生。氢弹是热核聚变弹，那如果说常春藤-麦克世界上第一颗热核炸弹，是正确的，但如果说常春藤-麦克是第一颗含有热核聚变的炸弹，则错误——因为热核聚变可以在核弹内部发生，只要往其内部某些区域添加热核装药，让它变成增强型核弹，裂变产生的高温高压便会引发热核装药的聚变，聚变产生的快中子又会增加裂变效益，让威力大大增强，这是改进型核弹无可比拟的。

增强型核弹分为两种：气体增强和固体增强。气体增强是在引爆前于核装药核心注入聚变气体，如氘氚混合气，固体增强是把固体聚变燃料放在核心，或者惰层（裂变核心和中子反射镜之间的空间），使用氘化锂，氘化铀等。

美国首先开始着手于增强型核弹的研究。在一次核试验（代号温室行动 Operation Greenhouse）中，试爆了世界上第一颗增强型核弹：乔治。乔治的构型不属于任何mk系列核弹，它是一次探究增强型核弹是否可行的理论实验，实验证明它确实可行——在一颗能产生4万吨当量的核弹中芯注入以克计的氘氚混合气体，产生了22.5万吨的当量，猩红漫天，流光溢彩。 乔治核试验彩照：

科学家并不满意乔治的当量，他们制造了另一颗核弹：条款。条款是一颗mk-6型核弹，比上期介绍的mk-4更加先进。科学家把氘氚混合气体注入条款的核装药内，取得了4.45万吨的威力，虽然同样不如人意，但这也许是世界上第一颗便于实战实用的增强型原子弹。

与此同时，苏联也在研究聚变材料对核装药的助爆实验。这里不得不提到一种苏联的增强型核弹，或者是早期氢弹：千层饼。我们先来讨论这个构型。 核弹就好端端摆在那儿，把聚变材料放在裂变材料的哪个部位，是放在肚子里还是变成衣服裹在外面，成了当时全世界科学家探讨的问题。苏联倾向于把聚变燃料LiD和U-238单质一层一层裹在初级核装药外面，成为千层蛋糕一样的构型。两个版本如图所示，个人认为第二个版本是正确的。

在这个设计中，每一层氘化锂-6的重量都是每一层U-238单质的1~2％，外面的黑色大壳则是氧化铍和U-238。

苏联方面说到：并没有给这样的核弹设计关键尺寸，可以制造为任意大小，允许任意增加氘的用量来增加爆炸的当量，这不可避免地与启动氘氚聚变的难度有关。氘化锂受热变为氘氚气体，引发核聚变，这也只能使用传统的钚炸弹（或铀）进行，即使使用如此强大的扳机，产生聚变也非常困难，聚变启动问题对整个项目至关重要。 千层饼构型有几个优点： 1.便于制造。它属于一种使用氘化锂-6和U-238的混合聚变燃料的固体增强核弹，比气体氚更便于制造和储存，同样，这些聚变燃料不用放在核装药内部，只需要裹在外面即可发挥作用。 2.氘氘和氘氚聚变，产生14MeV的快中子，这种速度的中子可以引发夹层中的U-238裂变，裂变产生的高温高压又会助力聚变，增加了能量释放。 3.层状结构导致氘层的压缩比纯氚（或与铀均匀混合的氘）压缩得多。 4.铀中光子的小平均自由程大大减小了爆轰区的宽度。 当然，它也有非常显著的缺陷：核裂变产生的高温高压首先会把外围的聚变燃料冲散，只有极小一部分聚变燃料反应掉了，核弹相对比较笨重，有当量但不大。苏联在后续核试验中也发现确实如此，这个缺陷甚至让整个世界都放弃了千层饼构型，接下来我们逐渐步入在核装药内部区域放置聚变燃料的增强型核弹构型。

英国看着美国和苏联的竞争，自然不甘落后，核计划如火如荼进行着。当时英国对于氢弹的研究被分为两个路子：A型热核炸弹、B型热核炸弹。其中A型热核炸弹是大型助爆裂变弹，也就是增强型核弹，B型热核炸弹是真正的两级构型的氢弹，B型放到下几期讲。 英国对于A型增强型核弹的目标是百万吨级别。首先他们要制造一种叫“绿竹”的增强型核弹，思想是使用惰层助爆，也就是苏联千层饼构型。一开始，他们计划使用U-235作为弹芯，用U-238作为中子反射层，在两者中间填充氘化锂-6，希望能够大大增加当量，后来分析了美国增强型核弹试验的核尘埃，发现惰层里除了要填充氘化锂，还要填充U-238。最终确定的绿竹构型为：

内部中子源，裂变核素为87kg或者98kg的U-235弹芯，外面包覆氘化锂-6和U-238的大型惰层包层，包裹中子反射镜temper，推体，和72镜的炸药透镜。

压缩时，必须把氘化锂-6高密度化，让它的体积缩小十倍以上，才有可能发生聚变。

这种构型的核弹被运送到澳大利亚进行试验，行动被命名为Mosaic。科学家们拆掉了第一发的铀中子反射镜，换成了铅，他们担心聚变惰层外部的铀反射层也会产生裂变，导致当量不可控。第一发的当量为1.5万吨，试验第二发的时候，他们重新安上铀反射层，结果爆发力为9.8万吨。当时英国宣传的是6万吨，因为澳大利亚政府从不允许如此当量的核弹在本土爆炸。即便如此，当量仍然不尽人意，包裹厚厚的一层惰层聚变燃料，才达成了百万吨目标的十分之一。 可以看出每个国家研究增强型核弹时都是首先考虑了在裂变装药和中子反射层中间填充聚变燃料的构型，得益于这种核弹计算简单，制作方便。 第二发试验后，科学家意识到惰层助爆的增强型核弹没有发展前景，于是除了再制造了几只绿竹外，就取消了惰层助爆的研究计划，转而放到中心助爆上去。 中心助爆核弹的威力的确高于惰层助爆核弹，新制造的橘色先锋就是一个百万吨级别的中心助爆型核弹，设计为：

117kg或者125kg的U-235内芯最中心放置热核材料，使用32个炸药透镜，使用外部中子源。

内核助爆的增强型核弹设计和制造极为困难，

外部中子源被安置在炸药透镜外，不直接由爆轰波击碎钋和铍之间的金箔，而是类似一种中子管的设计，需要毫秒级，极为精确地在核装药达到临界质量后射入正确数量范围的中子，才能引发核爆炸。目前不清楚内核助爆是否必须搭配外部中子源。

下面是一些可能的，猜想中的增强型原子弹设计：

下期讨论热核炸弹。别忘了点个关注哦