第699章 枪式！内爆式！核弹小型化！【瘦子
第699章 枪式！内爆式！核弹小型化！【瘦子】【胖子】【小男孩】！原子弹的基本原理很简单。
只要铀235的质量超过临界质量，“点火”中子源释放中子，就能启动链式反应。
基于这个原理，洛斯阿拉莫斯实验室理论部的诸多大佬们，很快就想到了一种简单结构。
这种结构被命名为【枪式】，属于简单粗暴的物理拼装。
枪式原子弹一般是细长圆柱形，整体结构和炮弹很类似。
枪式的核心原理是：
“通过高能炸药产生的冲击波，将两块亚临界质量的核材料在毫秒级时间内拼接在一起。”
“然后在合并的一瞬间，启动点火中子源，释放中子，发生链式反应。”
在枪式原子弹中，两块核材料被分别置于钢管的两端，后端核材料的后面装有高能炸药。
起爆后，冲击波使后端核材料以300m/s的速度撞击到前段核材料，从而引爆。
这种方式很像寻常枪械中火药的推动过程，所以被命名为“枪式”，也称为“子弹法”。
这种方式的优点就是结构非常简单，技术门槛很低，甚至不需要复杂的核试验就能制造。
然而，枪式原子弹的缺点也很明显。
第一，威力有上限。
前后两端的核材料的质量必须低于临界质量。
也就是说，原子弹中核材料的总质量最多是临界质量的2倍，上限被锁死。
第二，材料利用率极低。
两块核材料中，能够发生裂变的材料只占1.5%，剩下的材料来不及反应就被炸飞了。
第三，“早燃”现象。
不管是铀原子核还是钚原子核，自然状态下都会自发地裂变，并释放出中子。
因此，有可能出现一种巧合的现象：
即两块核材料在充分接触之前，点火中子源还没开始发射中子时，就因为核材料的自发裂变，从而启动链式反应。
如此一来，爆炸效率将大大降低。
当然，这种情况很罕见。
正是由于这个原因，所以枪式结构只适用于铀235，而无法适用于钚239。
因为钚239的自发裂变概率远远大于铀235。
然而，当时铀235的量只够制造一枚枪式原子弹，无法进行这种结构的试爆试验。
换言之，枪式到底行不行，必须要验证一下。
于是，奥本海默大手一挥：
“利用钚239再制造一枚枪式原子弹，必须确保铀弹的可行性。”
这里大家可能纳闷：
“不是说枪式不适合钚239吗，怎么还要硬做？”
这里的不适合只是风险大而已，并不是一定不行的意思。
有了奥本海默的死命令，理论部的大佬们很快拿出了解决方案。
他们把钢管的尺寸加长，这样一来，两个钚块距离更远。
而且后端钚块起爆后能获得更高的速度，降低自发裂变的影响。
最后，科学家一共制造出两枚枪式原子弹，它们的代号就是大名鼎鼎的【小男孩】和【瘦子】。
后者的长度是前者的2倍。
——
【小男孩】
类型：枪式铀弹；
装载核材料量：64kg铀235；
尺寸：长3米，直径0.71米，重量4.4吨；
tnt当量：理论2万吨，实际1.5万吨。
定位：实战弹，投放樱族广岛；
【瘦子】
类型：枪式钚弹；
装载核材料量：6.2kg钚239；
尺寸：长6米，直径0.61米，质量3.4吨；
tnt当量：理论3万吨，预计5000吨，实际2万吨。（远超预期）
定位：试爆弹；
——
小男孩一共装有64kg的铀235，但只有不到1kg的铀235发生了核裂变。
甚至更是只有不到1g的铀235真正转换为能量。
枪式结构的材料利用率确实低到令人心疼。
不然的话，樱族的投降或许还能更早点。
枪式原子弹的设计原理敲定后，计划还在继续，因为钚239还有剩余，不能浪费。
但把钚239用于枪式，毕竟还会有隐患在。
因此，奥本海默需要为钚239设计一种新的引爆结构，再制造一枚原子弹。
于是，他把目光看向了第二种设计方案：内爆式。
这是一种精密控制的向心压缩引爆方法。
其核心原理是：
“中心有一个低于临界质量的大块核材料，然后在其周围均匀环绕着偶数个小块核燃料。”
“每个小块核燃料的后面都有等量的高能炸药。”
“接着，同时点燃高能炸药，产生的向心冲击波将所有小块核燃料全部挤到中心，与那个大块核燃料合并，超过临界质量。”
“然后点火中子源释放中子，启动链式反应。”
由于采取了环绕式的结构，所以内爆式原子弹的外形像一个身体大头脚小的大胖子，并不是笔直的结构。
根据原理就能看出，内爆式设计的技术复杂度极高。
需要精确控制小块核燃料的起爆时间和方向，形成均匀压缩波。
这个过程需要大量且复杂的数学计算，主要是各种偏微分方程。
后世大家经常听到“算盘打出原子弹”的说法，算的就是这些东西。
前面说过，不管是美国还是后来的华夏，其实采用的都是计算机计算。
只有几个关键方程和参数，才需要人工仔细核对，算盘用途没有想象中大哈。
而且改动其中任何一个尺寸参数，都需要重新计算。
比如，把8个小块改成10个小块，原子弹的威力是提高了，但小块的动力学模型又变了。
洛斯阿拉莫斯实验室理论部中，冯·诺依曼、泰勒、费曼等大佬负责的就是这部分的计算。
而且研究内爆式的小组足足有600名成员，可见其难度。
虽然内爆式原子弹的设计非常复杂，但是优势也显而易见。
第一，内爆式设计可以同时适用铀235和钚239。
因为相比枪式的两块核材料相撞，内爆式是好几块甚至十几块同时相遇才会爆炸。
就算某一块自发裂变了，也不影响整体的功能。
因此，“娇气的”钚239可以放心采用这种结构。
第二，材料利用率高。
内爆式的材料利用率可以达到20%以上，这大大减少了核材料的浪费。
第三，内爆式可以制造小型化核弹。
枪式中，两块核材料的体积是机械相加，即是利用正常密度下增加裂变物质数量的方式来超越临界质量。
但是在内爆式结构中，由于高能炸药更多，因此能产生更高的压力，核材料的密度可以进一步被压缩。
而根据核理论，核材料的密度越高，则临界质量就越小。（应该比较好理解）
内爆式可以制造更小当量的原子弹，相应的重量也会减轻，能够搭载到导弹上。
所以在后世，内爆式成为了原子弹的主流设计，它标志着核武器小型化的开端。
当然，以上所说的只是内爆式最浅显的原理，真正的设计极其复杂，要用到很多知识。
为了不被请去喝茶，这里就不详细赘述了。
原理敲定后，奥本海默对于内爆式原子弹有着十足的信心。
格罗夫斯问他：
“这枚原子弹的设计原理无法试爆怎么办？”
奥本海默霸气地说道：
“我以人格担保，内爆式不需要试验，可直接用于实战！”
格罗夫斯连喊666。
因为他知道，就算反对也没用，剩下的钚239只够制造出一枚内爆式原子弹。
想试验也没材料了。
他只能选择相信奥本海默，相信对方背后1000多位科学家的智慧。
而这枚原子弹，就是后世大名鼎鼎的【胖子】。
——
【胖子】
类型：内爆式钚弹；
装载核材料量：6.4kg钚239；（铀弹的十分之一）
尺寸：长3.3米，直径1.5米，重量4.5吨；
tnt当量：理论3万吨tnt，实际2万吨tnt。
定位：实战弹，投放樱族长崎；——
至此，曼哈顿计划历时三年，耗费无数财力物力，最终制造出3枚原子弹。
而最后一步，就是真正的试爆了！
经过多方考察，原子弹试爆的地点选择在洛斯阿拉莫斯实验室以北200公里的阿拉莫戈多沙漠地带8。
这里是美国的一处空军基地，试验场长38公里、宽29公里。
由于这个试验场名为“三一试验场”，所以本次爆炸又被称为“三位一体爆炸”，代号“三一”。
1945年7月15日，试验前一天，【瘦子】组装完毕，它被放置在一个高103米的铁塔上，准备引爆。
这里大家可能疑问：
“为什么不放在地面上引爆呢？”
这是因为通过理论计算可知，原子弹只有在高空爆炸才能产生最大的破坏力。
原子弹的破坏性主要体现在四个方面：
1、冲击波：巨大能量在瞬间释放后挤压空气形成的波动。
2、光热辐射：原子弹的能量50%以上都转化为了热量和光。
3、粒子辐射：一瞬间产生的包括α射线、β射线、γ射线、中子射线在内的各种辐射，危害极大。
4、放射性尘埃：部分放射性物质以尘埃的形式飘散在空气中，由于半衰期较长，能够持续地释放辐射。
3和4就是所谓的“核辐射”。
如果将原子弹置于地面，那么泥土就会削弱这四个方面的破坏力，导致威力大大降低。
毕竟，不管原子弹的威力有多么大，跟地球比起来，连小卡拉米都算不上。
后世有人经常说：美苏的核弹加一起能毁灭世界。
这是不可能的，最多算是给地球挠个痒痒而已，连地表一层皮都挠不破。
从理论上计算，原子弹置于地面引爆，最多只能产生一个几十米深的大坑。
1945年7月16日凌晨5点30分。
世界上第一颗原子弹【瘦子】，在新墨西哥州的阿拉莫戈多沙漠成功试爆！
在半径30公里的范围内，强烈的光芒犹如上千颗太阳般耀眼夺目，目之所及全被照亮。
随后，一个直径超过300米的火球缓缓升起，从金色、紫色、紫罗兰色、灰色，最终变为蓝色。
十几秒后，火球转变成一个高达12公里的蘑菇云，那是原子弹的典型标志。
奥本海默看见那无尽的光和热，忍不住说道：
“我现在变成了死亡，世界的毁灭者。”
“妈的，现在我们都成了狗娘养的。”
费米冷静地说道：
“无论如何，这毕竟是物理学上的一个杰出成就。”
费曼不语，只是伸出手，感受着风的悸动。
“九九成，稀罕物哦.不对，是九级风，2万吨。”
据说他仅根据风的强度和方向，就准确地判断出了爆炸的当量。
当然，吹牛逼的嫌疑很大。
“三一”实验远超预期，证明了枪式原子弹的可行性，也标志着人类文明正式进入核威慑时代。
1945年8月6日8点16分，美国向樱族广岛市投掷【小男孩】，完成人类历史上第一次原子弹实战。
但樱族没有恐惧，反而负隅顽抗，高层谎称是陨石袭击，号召群众不要慌。
三天之后，1945年8月9日11点02分，美国再次向樱族长崎市投掷【胖子】，完成人类历史第二次原子弹实战。
樱族天皇顿时吓尿，不敢玉碎瓦全，立刻宣布无条件投降。
因为军方高层对他说：美国还有能力再造出10枚原子弹。
两次原子弹攻击，一共造成樱族几十万人死亡，毁坏建筑无数，打击了其嚣张气焰。
当爱因斯坦听到这个消息后，彻底崩溃了。
“如果我知道德国人不会成功研发出原子弹，那么我什么都不会做。”
有人可能奇怪：
“为什么整个曼哈顿计划中没有爱因斯坦的身影呢？”
作为当世第一科学大佬，怎么也得混个顾问吧。
这是因为美国军方评估爱因斯坦的精神状态后，认定他是“极端激进分子”。
用后世的话说，就是“偏执狂”。
爱因斯坦很有可能在最后一刻，偷偷损坏原子弹。
不过，理论部的那些科学家们还是做出了类似的事情。
有不少人害怕美国拥有原子弹之后，称霸世界，一家独大。
于是，他们将内爆式原子弹的设计资料偷偷通过间谍提供给了苏联。
企图用两者平衡来遏制美国的野心。
所以，后来苏联试爆的第一颗原子弹，其参数几乎和【胖子】一样。
当然，人家是肯定不会承认的。
很快，人类在核武器的研究上堪称一路狂飙。
曾经被视若终极武器的原子弹，竟然变成了核武器家族中的垫底小弟。
(本章完)