原子弹是怎样释放巨大能量的? 为什么原子弹能释放出如此大能量

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原子弹是核武器之一。核武器是指利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量,产生爆炸作用,并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器,通常称为原子弹。主要利用重氢或超重氢等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器,通常称为氢弹。

煤、石油等矿物燃料燃烧时释放的能量,来自碳、氢、氧的化合反应。一般化学炸药如梯恩梯爆炸时释放的能量,来自化合物的分解反应。在这些化学反应里,碳、氢、氧、氮等原子核都没有变化,只是各个原子之间的组合状态有了变化。核反应与化学反应则不一样。在核裂变或核聚变反应里,参与反应的原子核都转变成其他原子核,原子也发生了变化。因此,人们习惯上称这类武器为原子武器。但实质上是原子核的反应与转变,所以称核武器更为确切。

核武器爆炸时释放的能量,比只装化学炸药的常规武器要大得多。例如,1千克铀全部裂变释放的能量约81013焦耳,比1千克梯恩梯炸药爆炸释放的能量4.19106焦耳约大2000万倍。因此,核武器爆炸释放的总能量,即其威力的大小,常用释放相同能量的梯恩梯炸药量来表示,称为梯恩梯当量。美、苏等国装备的各种核武器的梯恩梯当量,小的仅1000吨,甚至更低;大的达1000万吨,甚至更高。

核武器爆炸,不仅释放的能量巨大,而且核反应过程非常迅速,微秒级的时间内即可完成。因此,在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度,加热并压缩周围空气使之急速膨胀,产生高压冲击波。地面和空中核爆炸,还会在周围空气中形成火球,发出很强的光辐射。核反应还产生各种射线和放射性物质碎片;向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用,造成电流的增长和消失过程,其结果又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征,使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。核武器的出现,对现代战争的战略战术产生了重大影响。原子弹主要是利用核裂变释放出来的巨大能量来起杀伤作用的一种武器。它与核反应堆一样,依据的同样是核裂变链式反应。

按理,反应堆既然能实现链式反应,那么只要使它的中子增殖系数k大于1,不加控制,链式反应的规模将越来越大,则最终会发生爆炸。也就是说,反应堆也可以成为一颗“原子弹”。实际上也是这样,若增殖系数k大于1而不加控制的话,反应堆确实会发生爆炸,所谓反应堆超临界事故就是属于这样一种情况。

但是,反应堆重达几百吨、几千吨,无法作为武器使用。而且在这种情况下,裂变物质的利用率很低,爆炸威力也不大。因此,要制造原子弹,首先要减小临界质量,同时要提高爆炸威力。这就要求原子弹必须利用快中子裂变体系,装药必须是高浓度的裂变物质,同时要求装药量大大超过临界质量,以使增殖系数k远远大于1。

原子弹



1、原子弹:是最普通的核武器,也是最早研制出的核武器,它利用原子核裂变反应所放出的巨大能量,通过光辐射、冲击波、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲起到了杀伤破坏作用。 2、氢弹:是利用氢的同位素氘、氚等轻原子核的聚变反应,产生强烈爆炸的核武器,又称热核聚变武器。其杀伤机理与原子弹基本相同,但威力比原子弹大几十甚至上千倍。 3、中子弹:又称弱冲击波强辐射工弹。它在爆炸时能放出大量致人于死地的中子,并使冲击波等的作用大大缩小。在战场上,中子弹只杀伤人员等有生目标,而不摧毁如建筑物、技术装备等设备,“对人不对物”是它的一大特点。 4、电磁脉冲弹:它是利用核爆炸能量来加速核电磁脉冲效应的一种核弹。它产生的电磁波可烧毁电子设备,可造成大范围的指挥、控制、通信系统瘫痪,在未来的“电子战”中将会大显身手。 5、伽玛射线弹:它爆炸后尽管各种效应不大,也不会使人立刻死去,但能造成放射性沾染,迫使敌人离开。所以它比氢弹、中子弹更高级,更有威慑力。 6、感生辐射弹:是一种加强放射性沾染的核武器,主要利用中子产生感生放射性物质,在一定时间和一定空间上造成放射性沾染,达到阻碍敌军和杀伤敌军的目的。 7、冲击波弹:它是一种小型氢弹,采用了慢化吸收中子技术,减少了中子活化削弱辐射的作用,其爆炸后,部队可迅速进入爆炸区投入战斗。 8、红汞核弹:它用红汞(氧化汞锑)作为中子源,由于不用原子弹作为中子源,所以体积和重量大大减少,一般小型的红汞核弹只有一个棒球大小,但当量可达万吨。 9、三相弹:用中心的原子弹和外部铀-238反射层共同激发中间的热核材料聚变,以得到大于氢弹的效力。

人也由原子组成,为何原子弹拥有巨大能量?爱因斯坦是如何发现的



核能的来源
质子和中子具有自旋动能,质子和中子的自旋动能可增加或减少,甚至全部释放。
中子自旋动能N=CMS2/2=0.4×1.6749×10-27(5.652×107)2/2=10.7×10-13j=6.68MeV
质子自旋动能N=CMS2/2=0.4×1.6726×10-27(5.543×107)2/2=10.278×10-13j=6.42MeV
核聚变时,质子和中子的自旋动能亏损,自旋速度减缓。
核裂变时,释放中子,自由中子的半衰期896秒,中子衰变释放其全部自旋动能。核武器所释放的能量主要来源于中子衰变。
光子凝聚成中子时吸收能量,中子衰变成光子时释放能量。

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