推 dashanew :經典氫彈卻依然是美中核武出版品中介 219.70.156.243 12/07 09:43
→ dashanew :紹氫彈原理的說法,這情報隱蔽不錯. 219.70.156.243 12/07 09:45
看到一篇讀核科學家De Geer寫的書的讀書筆記，覺得很有意思。
主要是分析各國熱核武器開發的一些細節，推斷各國就熱核武器開發所進行
的“抄襲”
分兩部分，第一部分就是講各國氫彈的發展的一些公開資料和輻射塵的分析。
因為冷戰期間瑞典建設了一個高水平的核物理實驗室，并大肆收集各國的
核試驗輻射塵，所以de Geer掌握了不少詳實的數據。
但在C中瑞典在收集到中國那次熱核試驗后計算認為誤差較大，實際是因為
中國的那次核試驗試驗的是三相彈，初級與次級之間還可能存在一個屏蔽層，
De Geer計算出的PU不可能全來自扳機。
但這不影響本部分的結論：即收集輻射塵可以推算出熱核武器的T-U構型，美國
率先進行熱核試驗加速了熱核武器在全球的擴散。所以各國之后都不再進行
大氣核試驗，因為一旦被收集到輻射塵，核試驗的很多參數會一覽無遺。
下文作者是：JK-SETI@9ifly
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本文結構：
A美國氫彈大躍進，專家說成功屬于偶然（歷史內容）
B氫彈秘密的全球擴散：分析輻射塵的作用（問答形式）
C以中國1976年11月17日熱核試驗為例：中子突防的新資料？
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A：
1946年4月：愛德華·泰勒在洛斯阿拉莫斯實驗室主持會議，回顧二戰期間關于熱核
武器的理論研究工作成果。形成了超級炸彈的經典構形。
1948年：捷克斯洛伐克被赤化。
1948年：第一次柏林危機。
1949年8月29日：蘇聯成功試爆第一顆原子彈。
1949年10月：新中國成立。
1949年10月：美國原子能委員會下屬的總顧問委員會召開會議，會議報告中委員們
一致反對建造超級炸彈。
1950年1月：克勞斯·福克斯(Klaus Fuchs)在倫敦承認曾向蘇聯透露核武器情報。
1950年1月：杜魯門總統下令繼續開發“超級炸彈”。
1950年3月：杜魯門總統下令全速研制“超級炸彈”。
1950年3月至年底，超級炸彈的經典構形被證實無法使用。
經典“超級炸彈”的構形就是用一顆大當量原子彈點燃液態氘（裝在一個圓柱形
容器里），然后以熱能的形式把能量傳遞給剩下的氘。
但是原子彈制造的高溫無法點燃氘-氘聚變，所以加入了氚。斯坦尼斯垃夫·烏拉姆
在1950年計算得出氚用量必須要十分大，極大地降低了超級炸彈的經濟性。（能制造
1千克氚的反應堆可以用等量的中子生產70千克的Pu）即使點燃過程能夠實現，由于
氘核聚變的反應截面太小，能量無法有效傳遞至冷區以產生鏈式聚變反應；產生的能量
將小于逃逸的能量(據De Geer描述，即使是瑞典的科學家也很快就發現，不壓縮熱核材料
的情況下，由于軔致輻射而散失的能量太大)。
1951年3月：
泰勒和烏拉姆寫成《On Heterocatalytic Detonations I》，提出“流體力學透鏡和輻射鏡”
的概念；泰勒-烏拉姆構形誕生：初級爆轟產生的沖擊波和輻射能都可以用來壓縮次級
中的熱核燃料，提高了能量的效率，不再需要大量的氚。（烏拉姆先想出用裂變彈產生
的沖擊波來壓縮，后來他去找泰勒討論這個方案，后者想出可以用輻射來壓縮）
1951年5月8日：美國進行了世界上第一次熱核聚變核試驗，代號George。
因為科學家對用大當量原子彈點燃極少量氘-氚混合物的可行性沒有任何疑問（“如同用
煉鐵高爐去點燃一根火柴”），George試驗的宣傳色彩比其實用性強很多。當時共考慮了
3種輻射傳能機制，George試驗最后選中的那種——很幸運地——對發展泰勒-烏拉姆構形
起了很大的作用。
George是一次熱核物理學試驗，使用的是一個純實驗性的裝置設計方案，并不適合于
武器應用。試驗裝置叫“圓筒（Cylinder）”，由一個濃縮鈾核心組件組成；該核心組件
將會用一個特殊的圓柱型內爆系統來進行內爆壓縮。“圓筒”可能是第一個使用外部點火
裝置來引發裂變鏈式反應的試驗裝置，它也可能是基于物理學家George Gamow的一個設計
方案來開發的。
“圓筒”是一個寬8英尺（2.4米）、厚2英尺（0.6米）的碟狀裝置，中心穿有一孔。
內爆將把這個孔壓縮成一個管道，管道則把熱輻射引導至一個裝有液態氘-氚混合物的
氧化鈹小室里。那百分之幾的氚可以降低點火溫度。熱輻射不僅將小室內的熱核燃料加熱
至聚變溫度，還在氧化鈹外壁上產生壓力，向內擠壓氘-氚混合物，加速了燃燒的過程。
熱輻射將在沖擊波前鋒之前到達氧化鈹小室，使聚變反應可以在裂變火球膨脹吞噬整個
裝置前發生。與裂變反應相比，聚變反應產生的當量小得可以忽視。
通過測量聚變等離子火球發出的熱X射線，可以對聚變反應的燃燒過程進行觀測。
這就需要把來自裂變彈的熱X射線和伽馬射線給屏蔽掉，儀器還要離爆炸足夠遠，以便在
聚變反應進行時測量并傳授數據。這部分試驗裝置是由Hugh Bradner與Hebert York設計的。
通過記錄安放在鐵塔基部的一組K邊過濾器發出的熒光，可以對聚變反應進行測量。小室
里射出的X射線將通過真空的管道到達記錄儀器，這些真空管道重235噸，被置于直徑4英尺
（1.2米）的鉛管中，不受過量X射線和伽馬射線的影響。整套診斷儀器設備重283噸。
其他的診斷儀器使用了有遮擋的成像板來探測高能聚變中子，方法是觀察“質子條紋”
，這些條紋是中子碰撞把質子彈出后在成像板上產生的。
試驗裝置的熱核反應部分大部分是泰勒設計的，但是它基于的是1946年Johann Von Neumann
和福克斯開發的一個裝置，該裝置當時是打算用為經典“超級炸彈”的點火部件的。經典
超級炸彈是所提出的第一個氫彈構形，已經被證明沒有實際用途。
幸運地是，George核試驗為輻射內爆壓縮提供了有益的數據，輻射內爆壓縮是兩個月
前剛剛研究出的泰勒-烏拉姆構形的一個關鍵部分。
（來源：http://nuclearweaponarchive.org/Usa/Tests/Grnhouse.html）
George核裝置是一顆圓柱型內爆的U-235裂變裝置，可能是基于物理學家George Gamow
的一個設計方案來開發的。一個叫“圓筒（Cylinder）”的試驗裝置加裝在George裝置上，
目的是進行熱核反應點火方面的試驗。圓柱型內爆設計使得聚變實驗部件可以直接得到彈芯
（濃縮鈾核心）的加熱，而不受高爆炸藥層遮擋作用的影響，還避免了膨脹中的爆炸氣體的
干擾。裂變核心外部的氘- 氚混合物將受到熱輻射流的加熱，產生可被探測的聚變中子。這
是人類第一次用原子彈來點燃熱核反應。
（來源：http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq8.html）
1951年9月：泰勒同洛斯阿拉莫斯實驗室中的其他人就全當量熱核試驗的日期產生了爭執，
前者的意見是1952年5-7月，后者是1952年11月。
1952年5月：漢斯·貝特寫成《關于熱核武器研究史的備忘錄》：烏拉姆想出“要壓縮
熱核材料”、George試驗所選用的傳能機制、泰勒對George試驗數據的外推是一系列恰
好發生的“意外”，泰勒-烏拉姆構形的發現屬于“事故”；難以想象蘇聯氫彈計劃也是
走同樣的發展路線。
1952年11月1日：美國進行了世界上第一次熱核裝置試驗（“Mike”）。
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B：
氫彈的設計思想是什么？
泰勒-烏拉姆構形，目前已知的要點如下：
（1），熱核材料在被點燃前先會被壓縮。
（2），初級（裂變）能量是通過熱X射線傳導至次級（聚變）的。
（3），初級與次級是分離開的兩個結構。
“抄襲”是什么意思？
奧本海默等人在美國氫彈試驗前就知道，放射性塵埃將會泄露“泰勒-烏拉姆構形的秘密”，
所以他們反對過早進行氫彈試驗。1953年美國就通過分析放射性塵埃，確認蘇聯同年八月
進行的核試驗不是“真正的”氫彈。
通過檢驗Mike爆炸放射性塵埃中的同位素比例，蘇聯可以發現次級的熱核反應發生在高度
壓縮的條件下：要點（1）。
具體來說，極高的中子通量將導致超鈾元素（原子序數大于92）的出現：包裹熱核材料的
鈾238會出現多重中子捕獲，實際上?（Z=99）和鐨（Z=100）就是在Mike的放射性塵埃中
被首先發現的。1955年發現?和鐨就是公開的，1959年就有文獻指出Mike試驗中液態氘被
極大地壓縮了，而1962年又有公開文獻計算得出Mike熱核反應里的中子通量至少有2摩爾
每平方厘米。De Geer稍加計算便得出Mike裝置次級的壓縮因子起碼要到13，甚至有可能
大至100以上。
但是薩哈羅夫在回憶錄中稱蘇聯方面是獨立開發出氫彈構型的，雖然蘇聯確實收集到了
Mike的放射性塵埃，但是“一個化學家因個人問題感情受挫，無意間將樣本倒掉了”。
因為美國有跟英國分享蘇聯核試驗放射性塵埃的慣例，英國有機會獲得蘇聯1955年十一月
22日核試驗的放射性塵埃樣本，結果也得出了泰勒-烏拉姆構形的秘密。
法國因為是在地表收集放射性塵埃，可能沒能有效地獲得樣本、進行分析；1963部分禁試
條約生效后，蘇美英停止大氣層核試驗，斷了法國人的路子。De Geer認為可能是中國1967
年六月17日的氫彈試驗最后通過塵埃幫了法國人一把。
放射性塵埃分析還可以揭示什么？
可以提示泰勒-烏拉姆構形中的要點（3）：如果我們假設（如在經典構形中所構想），
初級與次級是緊密結合在一起的，這就會使初級中的裂變材料必定受到高通量的中子
輻照（同包裹熱核材料的鈾238一樣的下場），Pu239幾乎會被完全消耗掉。但是，如果
我們能在熱核試驗的輻射塵中發現大量殘留的Pu239，則初級必然是與次級分離開的
（甚至還可能有某種屏蔽）。
所以，在熱核試驗的輻射塵中測定Pu-239比例很重要。但困難有二：包裹熱核材料的
鈾238受輻照后會最終衰變成Pu239，干擾測量（于是要盡快得到樣本）； Pu239與
Pu240的阿爾法能譜太近似，干擾測量（于是要配合使用質譜儀），還有就是樣本量很小。
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C
“1976年 11月17日 中國進行了與洲際導彈配合用的有突防中子能力的彈頭核裝置
全當量試驗。”國外報道其當量有四百萬噸。八天后，瑞典的采樣飛機開始搜集到
輻射塵埃，九天后在14000米高空收集到極強的樣本。美國環境測量實驗室（EML，
Airstream計劃）的飛機也在1977年四月美國西海岸上空開始收集到同一次核試驗的
塵埃。結合這些分析數據和計算，De Geer發現：
1，中國這次熱核試驗中鈾238受輻照的中子通量為美國Mike試驗的62%。
2，中國這次熱核試驗中初級的Pu239在爆炸后的剩余量是7.7（正負2.6）千克。
3，（通過分析鈾237/Pu238比率：）如果假定中國使用“經典構形”（初級、次級
緊密結合），未爆炸裝置中的鈾238/Pu239質量比將超過1000，如果假設Pu扳機有
幾千克，則貧鈾惰層將有幾噸重；再次推翻了“經典構形”的假設，要求初級、
次級分離開來。
所以他的結論是：泰勒-烏拉姆構形中的（1）很早就被人知曉，關鍵是各國能通過
放射性塵埃分析，發現大量殘留Pu-239和極少量的Pu238分析，進而揭示了
泰勒-烏拉姆構形中的（3），最后導致氫彈秘密的全球擴散。
De Geer也指出，一般認為扳機中Pu239的用量為3-5千克，爆炸后Pu殘余量達到7.7
（正負2.6）千克實在太大。他的解釋為一則中國核武設計不走尋常路，二則“7.7
（正負2.6）”誤差太大，實際上殘余量可能沒那么大。
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