一下飞机,童傲天便被一队士兵恭敬地护送着坐上汽车,快速驶离了机场。看着这一幕,在场的其他留学生们心中都充满了疑惑,不过大家也在心底隐隐有了一些猜测。
随后,众多留学生们相互道别。那些家在本地的,便直接回家与亲人团聚;而没有家在附近的,则返回了学校。
与此同时,童傲天已经被带到了办公厅的一间会议室中。此时的会议室里,坐满了国内顶尖的物理学家,还有几位来自最上层的领导。童傲天刚一走进会议室,为首的那位领导便带头鼓起了掌,这热烈的场面让童傲天一时有些不好意思,脸上微微泛起了红晕。
过了好一会儿,掌声才渐渐停止。大领导微笑着开口说道:“听说童傲天同学已经掌握了原子弹的制造技术,能不能给大家详细讲讲呢?”
童傲天一听,顿时来了精神。一涉及到自己的专业领域,他还是相当自信的。这份自信,很大程度上来自于秦峰传输给他的库尔恰托夫的知识。
童傲天清了清嗓子,开始讲解起来:“大家都知道,原子弹的主要原料是从铀矿石中提炼出来的金属铀。而在原子弹制造中能够使用的,是铀 - 235。然而,在铀矿中,99.3% 都是铀 - 238,所以铀 - 235 极为稀少。于是,科学家们转变了思路,那就是利用中子俘获原理,让铀 - 238 吸收一个中子,从而形成铀 - 239。铀 - 239 是一种不稳定的同位素,它会通过贝塔衰变,将一个中子转变为质子,并释放出一个电子,进而形成镎 - 239。同样,镎 - 239 也是不稳定的同位素,它也需要进行贝塔衰变,同样是一个中子转变为质子,并释放出一个电子,最终衰变成钚 - 239…… ”
众人都聚精会神地听着,不时点头表示理解。
童傲天继续侃侃而谈:“到这里,我们得到的钚 - 239 是一种相对非常稳定的同位素。接下来,就不得不说到原子弹的原理究竟是什么了。原子弹的核心原理是链式核裂变反应。简单来说,当一个自由中子去撞击一个钚 - 239 原子核时,钚 - 239 原子核会发生分裂,裂变成氙和锆两个原子核,并且在这个过程中会释放出两到三个自由中子,这个过程就是核裂变。
然后,这些新产生的自由中子会继续去撞击其他的钚 - 239 原子核。如此一来,就形成了一种不断延续的反应过程,也就是我们所说的链式核裂变。不过,值得注意的是,这种链式核裂变反应需要达到临界状态,这就需要压缩到一个极小的空间内才能够有效地完成。因为只有在这样相对狭小的空间里,中子才更有可能准确地撞击到其他的钚 - 239 原子核,从而维持链式反应的持续进行,最终释放出巨大的能量,这也就是原子弹能够产生强大破坏力的根源所在。”
童傲天接着说道:“那我们接下来就详细讲讲如何释放出大量的自由中子来引发链式核裂变反应。我们以美国在长崎投放的‘胖子’原子弹为例。‘胖子’原子弹的中心部位是一个直径约两厘米的中子发生器。在这个中子发生器的最核心位置,是一颗由铍元素铸成的小球。它的外围包裹着一层呈海胆形状、由钋元素制成的装置。然后,又用铍元素将这个钋元素装置完全包裹起来,从而形成了一个中子诱发器。
之所以这样设计,是因为钋元素能够释放出大量的阿尔法粒子,而铍元素在吸收这些阿尔法粒子之后,能够释放出大量的自由中子。这些自由中子会与周围的原子核发生核裂变反应。而在这个中子诱发器的外层,则是一个由钚 - 239 制成的圆球,其总重量达到了 6.19 公斤。
当原子弹启动时,首先是中子诱发器开始工作,钋元素释放的阿尔法粒子被铍元素吸收,进而产生大量自由中子。这些自由中子撞击外层的钚 - 239 圆球中的钚 - 239 原子核,引发核裂变,使得钚 - 239 原子核分裂并释放出更多的自由中子和能量,这些新产生的自由中子又会去撞击其他的钚 - 239 原子核,如此循环往复,形成持续的链式核裂变反应。
值得一提的是,由钚 - 239 制成的圆球外层,又被一个更大的由铀 - 238 制成的外壳所包裹。这个铀 - 238 外壳的作用至关重要,它能够将在核裂变反应过程中逃逸出来的中子反射回去,让这些中子继续参与链式反应,这样可以有效地提高中子的利用率,使得链式核裂变反应更加充分地进行,从而保证原子弹能够释放出足够强大的能量。
此外,铀 - 238 的外壳则被富含硼元素的丙烯酸所包裹。硼元素对中子具有很强的吸收能力,这层富含硼元素的丙烯酸能够有效地吸收那些游离的中子,避免它们在不适当的时候引发不必要的核反应,从而防止提前爆炸的情况发生,保障了原子弹在运输、储存等过程中的安全性。
而这塑料外壳的外侧,则被一个巨大的铝球所包裹。
这个铝球的作用不容小觑,它能够将爆炸产生的力均匀地传递到原子弹的核心部位。从微观角度来看,当核裂变反应释放出巨大能量,引发爆炸时,铝球凭借其良好的延展性和力学性能,使得爆炸产生的冲击力不会在某一处过度集中,而是较为均匀地向核心传导,从而保证了爆炸效果的稳定性和威力的充分发挥。
童傲天神采奕奕,继续详尽地讲解道:“在那个巨大铝球的外侧,被 32 块快速炸药严严实实地包裹着。这些快速炸药的成分比例颇为讲究,其中 60% 是黑索金,40% 是 tNt。而在这一层快速炸药的外围,又额外包裹了一层由快速炸药和慢速炸药混合组成的结构。这一独特的设计,其目的在于有效地汇集冲击波,从而让爆炸的威力得到更充分的发挥。
为了能够顺利引爆这些炸药,每一块炸药上都安放了一颗雷管。在这之后,紧接着是一层厚厚的钢壳,将整个炸药部分紧紧地包裹起来。再往外,是一个带有电容器的电子元件,它与 32 颗雷管相连,承担着传递电流的关键任务。而在另一侧,则是一个集成了控制器、传感器、定时器和雷达的盒子,它们相互协作,共同控制着整个引爆过程。此外,还甩出了一条线,连接着电池组,为整个系统提供必要的电力支持。
完成上述步骤后,便进入最后的封装环节。在外壳上安装了四个测距雷达,同时还装上了尾翼,尾翼的作用是在原子弹投放时保持平衡,确保其能够准确地到达目标位置。
当‘胖子’原子弹被投放出去之后,内部的计时器便开始启动。15 秒后,空气传感器和测速雷达自动打开。当原子弹下降到距离地面 500 米时,内部的点火系统被激活。此时,内部的电容器开始释放出高达 5000 伏的电流,瞬间引爆雷管。雷管的爆炸引发了内部炸药的剧烈反应,产生的爆炸力相当于 30 万个大气压。这股强大的压力通过铝球向内部的钚球释放压缩,使得钚球的状态达到超临界状态。
在压缩过程中,钋元素的装置刺穿铍元素的包裹,开始大量释放阿尔法粒子。这些阿尔法粒子迅速被铍元素吸收,进而释放出大量的自由中子。这些自由中子与钚 - 239 原子核发生大量的链式核裂变反应,如同多米诺骨牌一般,一个接一个地引发裂变,最终释放出了相当于两万吨 tNt 的巨大能量。这,就是‘胖子’原子弹那令人敬畏的威力所在。”
会议室里,众人听得如痴如醉,眼神中满是震撼与惊叹。有的紧皱眉头,努力在脑海中构建着“胖子”原子弹复杂的结构和运行过程;有的则微微张开嘴巴,对这强大的威力感到不可思议。讲解结束后,许久,会议室里才爆发出一阵热烈的掌声,大家纷纷对童傲天投以钦佩的目光,赞叹他对这一复杂领域知识的深刻理解和精彩讲解。