第六百三十九章 原子弹理论....完成！（上）

bsp;   一种是压拢型，也称“枪型”。

    这类原子弹是利用一种“炮筒”装置，将两块小于临界质量的裂变物质。

    在化学炸药爆炸时。

    产生的高压下迅速合拢达到超临界状态，而引发核爆炸。

    而第二种则是内爆型。

    它的原理是利用普通烈性炸药，制成球形装置。

    接着将小于临界质量的核装料——也就是铀-235或钚-239制成小球，置于炸药球中心。

    最终通过电雷管同步点火，炸药球各点同时起爆，产生向心聚焦的压缩波。

    压缩波会将核装料球体瞬间猛烈压紧，增加其密度，使其超临界状态，实现自持链式反应而导致核爆炸。

    与压拢型原子弹相比，内爆型的结构优势要明显高出一截。

    但内爆式原子弹在压缩不均匀的情况下会裂变不良、威力显著低下。

    所以设计的时候，就必须要考虑到爆轰波反应区厚度的参数。

    而爆轰的本质又是超音速的剧烈燃烧，因此这部分情形其实是有个对应的物理模型的，叫做ZND。

    这是炸药爆轰的经典理论，40年代的时候由泽利多维奇和冯·诺依曼建立。

    只有构建出合适的ZND模型，原子弹才有可能完成理论上的设计。

    这部分的所有资料兔子们连个标点都没有掌握，由此可见其推导难度了。

    不过

    都到了这一步，哪有退却之理？

    陆光达再次环视了现场一圈，没有再多说废话，而是直接做起了课题分配：

    “太平同志！”

    徐云斜对面的椅子上迅速站起了一个三十多岁的中年人：

    “到！”

    “你们组负责推导先驱核浓度参数！”

    “明白！”

    “王爱芳同志！”

    话音刚落，又一位女同志站了起来，此人的容貌普通，肤色黝黑，但双眼却极具神采：

    “到！”

    “你和黄文东、安阳、许知远同志负责计算层流火焰的边界！”

    “是！”

    “陈汉生同志”

    随着陆光达一个个名字的报出，一位又一位理论组成员接下了各自的任务。

    这些任务没一个是轻松的。

    比如说先驱核浓度。

    先驱核浓度其实就是后世的前驱核浓度，涉及到了裂变中子的一代时间：

    核裂变时释放的中子统称为裂变中子，按其发出时间，裂变中子又可以分成两种情形。

    首先是受激复合核分裂成两个核碎片，每个碎片从稳定性角度来说，都具有过多的中子以及放出一个中子所需要的过剩能量。

    这种受激的不稳定核碎片往往在它形成后的极短时间内放出一个或几个中子，这些中子被称为瞬发中子。

    其他的核裂变碎片如87Br及137I等经过贝塔-衰变后分别转化为87Kr和137Xe，  87Kr和137Xe形成后立即衰变并放出中子。

    像这些由87Kr和137Xe放出的中子会在核裂变后相当一段时间才能发射出来，所以就叫做缓发中子。

    其中二者的时间差就是一代时间，瞬发中子的散色峰值浓度就是前驱核浓度。

    这情景的模拟过程涉及到了大量计算，即便在整个核裂变ZND模型的推导中也是难度靠前的环节之一。

    好在过去这段时间里徐云没少给理论组开小灶，加上他们自身的能力在那儿，应该是有机会突破这个难题的。

    一分钟后。

    正在念任务安排的陆光达微微一顿，语气加重了几分：

    “徐云同志！”

    听到自己的名字，徐云马上坐直了身体：

    “到！”

    陆光达抬头与他对视了一眼，微微颔首后道：

    “你和于敏同志、陈能宽同志、蔡少辉同志、陈景润同志、冯康同志还有华罗庚同志一组，陈能宽同志为组长，负责.炸药透镜的波形计算！”

    唰——

    话音刚落。

    现场不少人的目光便齐齐看向了徐云。

    如果说先驱核浓度推导，是核裂变ZND模型推导过程中难度靠前的环节，大概在前三或者前五的区间。

    那么炸药透镜的波形计算，则无疑是整个过程最难的一点——没有之一的那种。

    看着众人朝自己投来的目光，徐云的内心不由有些荡漾。

    这些目光是压力，更是期许。

    不过徐云并没有感到慌乱。

    不就是区区炸药透镜的波形计算么？

    这不是有手就行？

    他眸中仿佛有星河在闪烁，胸中如同有江海在奔腾，只见徐云气沉丹田，无比自信且傲然的一挥手：

    “大于！整它！”

    十分钟后。

    任务分配完毕的各个小组开始就地计算起了各自需要推导的数据。

    徐云他们这个小组的人数相对其他组要多一些，分配到的是一张比较大点儿的长方形桌子。

    “几位同志。”

    落座后。

    几人中年龄仅次于华罗庚的陈能宽轻咳一声，开口说道：

    “根据原子弹的设计规划，炸药透镜这个环节之前应该还有设计点火中子源装置。”

    “不过这个模块不属于链式反应的范畴——它算是应用领域，所以相关的技术攻关主要由二分厂那边的同志在解决。”

    “因此我们这次需要考虑的主体便是炸药透镜本身，也就是爆炸截面和爆轰波的波形计算。”

    听到陈能宽这番话。

    现场的几人都下意识点了点头。

    陈能宽目前是轻核组实验组组长，负责高温高压下的物质性质研究，算是炸药透镜方面的资深专家了。

    他的知名度虽然没有陆光达那么高，但同样是两弹一星的功勋之一，由此可见其能力之强。

    眼见众人都很配合自己说话，陈能宽便又继续抽出了一张纸，很快写下了一道公式：

    “这是我们轻核组推导出来的带有反射层的球型核弹临界方程，给出了带有反射层的弹芯在核临界时各种材料的物理性质与他们半径的关系。”

    “基于这个方程，假设一组炸药透镜引爆主炸药柱后产生一个向心爆轰波，推动中子反射层向铀-235燃料球迅速压缩。”

    “当反射层与核燃料之间紧密结合时，延时电路启动中子管释放出中子来点燃处于超临界状态的核燃料，从而引发链式反应。”

    “而我们现在要计算的就是中子反射层的具体厚度，以及u的极限值——后者其实就是波形的某种表达形式。”

    “现在我们先讨论第一点吧，大家有什么具体的思路吗？”

    听闻此言。

    华罗庚、陈景润以及冯康三人纷纷眼观鼻鼻观心，进入了沉默状态。

    毕竟他们负责的是算力支撑，这种物理理论上的事儿就不是他们应该管的了，轻易发言反而会影响讨论。

    剩下的几人中徐云想了想，率先说道：

    “陈主任，我有个想法啊.”

    “我们从中子反射层.即飞板被炸药驱动后能达到的最高加速度以及加速的时间来切入，然后配合中子通量守恒计算怎么样？”

    上辈子是奥本海默的同学应该都知道。

    临界质量是会根据形状变化的，核裂变与临界体积和临界质量有关。

    如果体积不够大或质量不够，中子还没撞到原子核就逃逸出去了。

    相对中子的飞行，原子核之间距离很大。

    没有足够的体积和重量，根本就没有几个中子能撞到原子核。

    而中子必需有足够撞击原子核概率，才能产生更多中子去击中更多原子核产生链式反应。

    如果半天才有1个撞上，产生的中子也都是大概率走空飞出，根本发生不了核裂变。

    至于增加这种概率的方法嘛

    自然便是在外头增加一个“罩”，让飞出去的中子反射回去重新撞击了。

    这有点类似弹珠游戏的罩子，就是中子反射层。

    众所周知。

    铀裂变反应方程式235U+1n=137Ba+97Kr+2n，也就是一个中子和铀-235反应生成137Ba，  97Kr和两个中子。

    这也是原子弹爆炸能量的来源。

    同时呢。

    在核燃料与反射层的边界面上，必有中子通量相等，中子泄露量相等这个基准定理。

    没错！

    看到这里。

    想必某些聪明的同学已经意识到了。

    当初徐云协助陆光达他们推导的非线性中子运输方程，恰好能够描述这个情景的边界条件。

    也就是：

    ∫zJ  =uhsΣSφD(r，t)+λs/3=limr→04πDA(rL+1)er/L=SA=S4πD。

    同时根据陈能宽的说法，他们已经推导出了带有反射层的球型核弹临界方程。

    二者互相联立之后，就可以得到一个圆滑双曲面的构造。

    接着再对这个构造求解析解，得出的答案就是亚临界状态的中子反射层厚度了。

    顺带一提。

    这也是当年海森堡翻车的大坑。

    当时海森堡的边界条件使用了物理模型上常用的吸收边界，但这玩意儿其实应该用反射边界计算。

    这也是徐云在整个核武器研制中为数不多可以在理论而非工具上提出方案的关键，毕竟涉及到中子，和他原本的专业还是有点重合的。

    “中子通量守恒吗.”

    大于和陈能宽都属于相关领域的顶尖大佬，在徐云提出了这个概念之后，二人的眼睛顿时齐齐一亮。

    好思路！

    只见大于连招呼都没打，便迅速提笔计算了起来。

    “电子与离子的温度相同，那么这里可以直接套用韧致辐射功率密度，也就是贝蒂－海特勒公式”

    “单个中子的平均能量公式是ε=3/2kBT，已知的主炸药的外径为78.5cm，爆轰波从主炸药外端传播至反射层共耗时t=S/U=2.39X10-5秒.”

    “那么它们的撞击速度大概是约3KM/s，套入中子运输方程然后联立.”

    过了片刻。

    大于忽然啪的一下一拍掌：

    “计算出来了，中子反射层的具体厚度是4.554厘米！”

    注：

    明天发番外，还差点字数