中考问原子弹杀伤力如何怎么答

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作为人类制造威力最大的一类型炸弹——核弹,虽然时刻威胁着人类的生存,但是却被我们这些升斗百姓津津乐道。好比幼稚的小孩一样,我们向往着它的威力,憧憬着它所能毁灭的范围,可谓无知无畏。

核弹,是指利用爆炸性核反应释放出的巨大能量的武器。所谓的爆炸性核反应,就是是利用能自持快速进行的原子核裂变或聚变反应,瞬间释放出巨大能量。核弹包原子弹、氢弹、氢铀弹(三相弹)、特殊性能核武器(中子弹等)。

核弹的威力有多大呢?我们印象中是毁天灭地的感觉,实际上它是可以通过公式计算出来的。核弹的威力一般用TNT表示,比如说爆炸当量为100W吨TNT,那就说明 这颗核弹爆炸起来相当于100万吨TNT炸弹爆炸的威力,而不是说它有100万吨重。

TNT,也就是三硝基甲苯,一千克TNT释放的能量为4.2MJ(百万焦耳),一顿TNT就是4.2BJ,足可以将一座大厦炸毁。核弹杀伤力的计算公式如下,:

有效杀伤距离R = C * 爆炸当量E^(1/3) (C为比例常数,为1.493885,大概计算可以取1.5)

根据上面公式我们可以计算出,10W当量的核弹的杀伤半径为:R=1.493885× 10^(1/3) ≈ 3.22千米,其有效杀伤面积S=π×3.22×3.22≈33平方千米;100W当量的核弹杀伤半径为:R = 1.493885× 100^(1/3) ≈6.93千米,其有效杀伤面积S=π×6.93×6.93≈150平方千米。一个小城市,或者一个大城市的主要城区面积也差不多是这个面积。

人类历史上最大引爆的沙皇炸弹,它的杀伤半径为:R = 1.493885 * 5000^(1/3) ≈25.54千米,其有效杀伤面积S=π×25.54×25.54≈2050平方千米。上面计算的只是冲击波的有效杀伤力,冲击波在核弹爆炸杀伤力大概占一半左右,还有光辐射、核辐射、放射性沾染等威胁。特别是光辐射,它对暴露人体杀伤半径比冲击波杀伤半径要大上一倍以上,杀伤面积多好几倍。而核爆炸时释放的核辐射和放射性沾染等,就是时间上威胁,可以长达十几年甚至几十年。

虽然核弹的威力很大,但是要摧毁地球是远远不够的。即使想全部毁灭人类,以目前人类的分布和防御来看,都是极有难度的。

核弹分为核裂变和核聚变两种形式,典型炸弹分别就是原子弹和氢弹。核裂变也叫核分裂,是将较重的原子核分裂称为两个或者多个较小的原子,同时释放出巨大能量。原子弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变,最常见的裂变原料就是大名鼎鼎的铀,一种不稳定的、原子量大的放射性元素。实现核裂变的方式就是使用热中子轰击铀-235原子,然后会放出2到4个中子,这些中子再去撞击其它铀-235原子,从而形成链式反应。

实际上,核裂变和放射性衰变本质是一样的,只是一个速度极快,一个很慢。以铀-235为例,它大概要7亿多年的衰变时间,而如果将一个中子射入它的原子核,它就能马上吸收中子,并且进行分裂,并发射出两个或三个新的中子。这个吸收并分裂过程是非常快的,大概只有1皮秒(10的负12次方秒),而被发射出去的中子,也很大几率被新铀-235原子吸收,吸收后的原子核也开始裂变,再发射出中子,这样就形成了链式反应。

核弹设计中,核燃料必须保持在独立的亚临界质量中,以防止过早爆炸。所谓的临界质量,是指要维持核裂变反应所需的可裂变物质的最小质量,亚临界就是接近最小质量。用于轰击的中子是通过中子发生器引入的,这个中子发生器一般是一个由钋和铍组成的小颗粒,在可裂变燃料芯内被箔分离。为了让炸弹爆炸前尽可能多的材料发生裂变,需要增加一个捣固器来控制实现,捣固器通常由铀238构成。

前面说了,核弹爆炸前,核燃料是保持在亚临界质量状态,因此爆炸前需要把把亚临界质量聚集在一起变成超临界质量。目前采用最简单的方法是使用一把推进枪,两头都装了铀-235质量块,引爆装置爆炸时,将一个质量块射入另一个质量块,从而使其聚集成超临界质量。

其爆炸流程如下:引爆炸药把铀-235推进枪管,击中另一个铀-235和中子发射器,从而引起链式核分裂,然后核弹就爆炸了!当然,这只是一个设计方式,引爆还有多种方式实现。

上面说的是核裂变,其爆炸当量比较小,而爆炸威力比较大的是核聚变。所谓的核聚变,就是将较轻的原子,主要是指氘,合成一个较重的原子如氦。在这个核聚变过程中释放出比裂变更巨大的能量,而利用这一过程的武器被称为核聚变炸弹,也叫氢弹或者热核炸弹。我们的太阳,就是靠无时无刻都在不停的进行核聚变发光发热,为我们提供能量。

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根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2,可以根据核聚变消耗的质量,从而计算出核聚变释放的能量。等质量的氘—氚聚变释放的能量是铀裂变的4倍,这是因为在相同质量的原子核在发生核聚变时,会有较多的质量损耗用于释放的能量。所以说不管是核裂变还是核聚变,都可以利用质能方程进行计算所释放的能量。

与核裂变的原子弹只有几万吨或者十几万吨爆炸当量比起来,氢弹动不动就是几百万、上千万吨的爆炸当量。除了核聚变可以释放更多能量外,还有一个重要原因,那就是核燃料在分裂前要保持亚临界状态,如果太多就会达到临界状态,还没引爆就自己爆炸了。所以原子弹的当量不能超过几十万吨,它是有上限的,而核聚变理论上没有上限。当然,因为核聚变时要将原子核外电子完全电离,所需的能量要比一个核裂变要多的多,只有在上亿度超高温高压下原子核才能获得足够的能量聚合在一起。而且制作热核武器,还有不少其他的问题,比如说氚半衰期短,只有12.32 年,而且自然界中不存在,一般是从重水中提取,成本高。

核聚变技术也是分代的,越往后越先进。第一代是氘氚聚变,优点是原料便宜,但产生中子;第二代聚变是氘和氦3反应,产生中子很少;第三代聚变是让氦3跟氦3反应,这种聚变完全不会产生中子,堪称终极聚变。

核弹很难制造,难的不是原理,而是原料及制造设备的获取。而更难的,是制造可控核聚变装置,一旦实现可控核聚变,那么世界能源问题将彻底解决。目前实现可控核聚变的方法有磁场约束法,代表作就是托卡马克装置,还有一种方法是惯性约束法。但是不管哪一种方法,距离真正实现达到工业级应用还有很远的路要走。

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期待着,这一美好前景的时代到来,那时候人民物质丰富了、资源充足了,战争少了,人间天堂多了!