核武器的威力大小,也是与核反应材料的质量有关;由于氢弹与原子弹反应原理不一样,使得原子弹的爆炸当量受到限制,而氢弹爆炸当量理论上没有限制。
单纯地说氢弹爆炸威力比原子弹大是不对的,因为一颗核弹的爆炸威力,也与自身的核材料填充量有关;比如中子弹本质上也是氢弹(第三代核武器),但是中子弹比最小原子弹的当量还小很多。
从核聚变与核裂变的原理上看,原子弹中核裂变质量亏损率为0.09%,氢弹中核聚变质量亏损率为0.7%,两者相差了几乎十倍,原因是氢元素的平均核子质量,要比铀元素的平均核子质量大很多。
所以相同质量的聚变材料发生热核反应,要比相同质量的裂变材料发生裂变释放能量大近十倍,但是这并不是氢弹爆炸威力比原子弹大的原因。对于原子弹中的核聚变,存在一个临界质量,低于临界质量的裂变材料,无法维持链式反应;原子弹的原理,就是把高纯度的铀-235分成两块,每块都低于临界质量,需要引爆时,把两个铀块合在一起超过临界质量就行。
正是由于临界质量的存在,所以分开的铀块质量必须低于临界质量,合在一起的铀块必要超过临界质量,这就导致原子弹的爆炸当量存在最大值;如果分成更多的小块,在引爆上又会遇到新的困难。
我们可以估算一下,铀-235的临界质量大约是50公斤,每个铀块我们设计为40公斤(留10公斤安全余量),两块就是80公斤,原子弹的裂变材料利用率,最高的差不多是20%,于是根据质能方程:E=△mc^2=80*(3*10^8)^2*0.09%*20%≈1.3*10^15焦耳;相当于30万吨TNT当量,这差不多就是铀-235核弹的当量极限;比如二战时期,美国在日本广岛投放的原子弹,当量就是1.5万吨TNT,裂变材料利用率不到5%。
目前对原子弹的研究方向,都是如何提高裂变材料的利用率,叫做“加强型原子弹”;但是氢弹中进行的核聚变反应,就没有临界质量的限制,只要你的聚变材料填充得足够多,理论上爆炸当量没有上限。
所以氢弹的爆炸当量一般做得很大,比如我国第一颗氢弹的爆炸当量为300万吨TNT;人类引爆过最大的氢弹,是苏联的沙皇炸弹,爆炸当量是5000万吨TNT。
氢弹的当量一般为几十万吨到几千万吨TNT,而原子弹的当量大都只有几百到几万吨,最大的也只有几十万吨。
而原子弹的当量大都只有几百到几万吨,最大的也只有几十万吨。
他们说使用的原料不同,而且原子弹比较危险
原子弹是氢弹的改良升级版