当前位置:教程分享 > 问答 > 军事 >

原子弹的原理是什么?能通俗地解释一下么?

  • 军事
  • 2021-05-15 18:40
  • admin

优质回答

原子弹的原理是什么?能通俗地解释一下么?

优质回答

原子弹的研制和使用——结束了二战却开启了核竞赛!
二战期间,美国集中了本国和西欧众多优秀的科学家,动用了十万人员和大量工业资源,耗资20多亿美元,秘密研制了两年,制造了世界第一批原子弹。
1945年8月,美国在日本广岛和长崎第一次使用了原子弹,加速了日本的投降和二战的结束。致使日本几十万人死亡,导致了战后美苏两国的核军备竞赛。

(爱因斯坦与西拉德)
美国研制原子弹问题的提出过程

原子弹研发的条件:1895年,德国科学家威廉·伦琴发现了阴电荷“X射线”。1902年,法国科学家居里夫妇发现放射性元素镭。1905年,爱因斯坦发现物质和能是同一体的原理,英国物理学家卢瑟福发现了放射性物体的活动规律。这些都为原子弹的研发创造了有利条件。
铀裂变的发现过程:1938年,德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼通过试验发现,了物理学界期待的核裂变反应。1939年,犹太女物理学家莉泽·迈特纳通过试验,发现每裂变一个原子可放出大约两亿电子伏的能量。1939年,意大利科学家恩里科·费米,在美国哥伦比亚大学证实了铀裂变试验。

(原子弹准备中)
游说美国研制原子弹:那些亲身遭受希特勒迫害而从欧洲移居美国的科学家,他们担心,如果德国首先拥有原子炸弹,希特勒就会毁灭世界。1939年,移居美国的匈牙利物理学家西拉德等人获悉德国正在开会讨论利用原子科学成果研制新武器。
但是,他们的游说都遭到了冷遇。于是,这批科学家把希望寄托在名震一时的爱因斯坦身上。1939年,西拉德到长岛拜访爱因斯坦,说明铀裂变可能引起的严重后果,爱因斯坦表示愿意帮忙。他又拜访了罗斯福总统的私人顾问亚历山大·萨克斯。
1939年10月,在椭圆形办公室里,萨克斯正在把爱因斯坦的信念给总统听,罗斯福举棋不定,认为干预过早。在萨克斯不停的游说下,罗斯福决定采纳爱因斯坦的建议,支持研究原子弹。从此,这一问题引起了美国政府的注意。

(广岛原子弹爆炸)
美国研制原子弹“曼哈顿计划”的提出

1941年,太平洋战争爆发,美国被迫卷入二战,加快了研制原子弹的步伐。1942年,美国制定了研制原子弹的“曼哈顿计划”。美国政府为计划确立了两条原则,第一,给美国军队造出原子弹;第二,赶在德国人前头。
参与研制原子弹的科学家有,英国物理学家查德威克,意大利物理学家费米,丹麦物理学家波尔,匈牙利物理学家特勒和西拉德等。1942年,德国军需部长把制造原子弹的可能性告诉希特勒,希特勒对此态度冷淡。

(原子弹爆炸后)
美国对日本使用原子弹

1945年8月,第一颗原子弹即将准备就绪。对于原子弹的使用,高级军官和科学家出现了两种不同的意见。以格罗夫斯少将为代表的一派主张对日使用,以爱因斯坦和西拉德为代表的一派反对使用原子弹,他们认为目前形势已大为改观,而且德国没有研制出原子弹。
1945年7月,杜鲁门总统决定在日本投掷原子弹。杜鲁门作出在日本使用原子弹的决定与其说是军事上的需要,不如说主要是出于政治考虑,既是为了夺取胜利果实,又是为了战后与苏联争霸。原子弹的使用,为冷战时期的核讹诈开创了先河。

(原子弹爆炸后惨状)

优质回答

这个问题以时间序列梳理如下:

1803年,英国化学家物理学家约翰道尔顿观察分子时发现了分子上有重影,开始不以为然以为自己是老眼昏花了,后来眯眼仔细观察发现了是一种更小的物质——原子

1911年,新西兰原子核物理学学家卢瑟福用阿尔法粒子轰击金箔提出了原子核模型,随后通过同样的实验发现了原子核中更小的单位——质子。
1934约里奥居里夫妇用阿尔法粒子轰击元素,第一次发现人工放射性

1938年哈恩和斯特拉斯曼用中子轰击铀235时,发现了奇怪的现象,轰击后铀就像发生了连锁反应,又会出现新的中子使更多的铀原子被轰击,并且放出了能量。随后就将这个现象叫做核裂变——这是认为这个现象很像生物中的细胞分裂,毕竟1841年就发现了细胞分裂,这个概念是成熟的。著名核物理学家费米发现中子辐射产生新放射性元素以及用慢中子引起核裂变获得同年1938年诺贝尔物理学奖,领完就跑到美国了。
失道寡助——德国

1939年4月,柏林大学和柏林工业大学教授舒曼和汉堡大学物流化学系主任、陆军顾问保罗 哈特克来到希特勒位于帝国战争部的办公室,向希特勒汇报了可以利用铀原料来制作一种新式炸弹的构想,随后希特勒正式批准德国原子能计划。
1940年海森堡称为德国研究原子弹的负责人,德国原子能计划紧密推进,同年4月9日,德国占领了挪威重水生产厂,并且掠夺了全部重水。
1944年2月,德国的所有重水又被英国突击队摧毁,虽然德国建设了用于核物理实验的重水反应堆,但是知道战争失败,反应堆并没有临界。不过事后证明德国的原子能计划完成度已经达90%,只比美国至多慢了两年。
得道多助——美国

1939年德国核裂变成功的消息发表后许多科学家已经发现了其中奥秘,其中美国籍匈牙利物理学家魏格纳就力劝美国政府抓紧开始原子能计划,要赶在纳粹德国前研究出核武器。
1941年10月9日,美国罗斯福总统批准了原子能计划
1942年8月,研究原子弹的“曼哈顿”计划开始,一大批优秀的科学家参加其中,包括逃跑到美国许多顶级犹太物理学家,包括奥本海默、费米等,爱因斯坦也提供过咨询,奥本海默被称为“美国原子能之父”。

1945年7月16日,第一颗原子弹“三位一体”爆炸成功,当量相当于1500—2000吨TNT炸药

优质回答

20世纪初,当著名的科学家爱因斯坦首创了核动力公式后,到了30年代,意大利的费米,英国的詹姆斯·查德威克,德国的哈恩、施特劳斯等科学家均在原子物理的研究中发现,1克重的铀产生裂变后其能量相当于燃烧3吨煤或200升汽油所放出的能量,所产生的爆炸力将是巨大和惊人的。人类自此进入了崭新的“核工业”时代。


一、德国人捷足先登,核武器研发动手很快。

然而,就在科学界这一惊人的发现感到欣喜的时候,德军最高统帅部也对此发现表现出了极大的兴趣。他们认为:如果应用到未来的战争中,制造“超级武器”,称霸全世界的梦想指日可待。


说干就干,1939年4月,6名原子物理学家被召集到柏林,当然这个会议是在保密的情况下进行的,会议就一个议题,就是如何开发原子能的应用,研制可产生核裂变的装置,直白的说,就是原子弹。德国人的效率就是高,同年的9月26日,德军最高统帅部就正式确定了代号为“U”的秘密研制核武器的计划。


二、专家向美军方建议,被当做“怪人”。

该计划的实施,最终还是在物理界成为大家熟知的消息,一些开明的科学家很快意识到问题的严重性。原子弹的威力巨大,谁拥有它谁就能主宰世界,如果“战争狂人”希特勒一旦拥有,凭他的疯狂劲,倒霉的是全人类。


这些担心不是危言耸听,他们要阻止德国的实验项目,流亡在纽约的意大利物理学家费米立刻联系一些开明人士或权威人士,积极奔走,呼吁白宫尽快开展“超级武器”的研发工作,目的就一个,不能让希特勒研发出“超级武器”。但当他们向美军方提出这项方案时,军方从没有听说过这样东西,也不相信原子弹能产生巨大破坏力。最终这些专家都当成“怪人”来看待,对他们的建议更是不屑一顾,甚至嗤之以鼻。


三、美国是唯一能阻止该计划的国家。

真是“秀才遇到兵,有理说不清”啊!军方的态度让费米等人即感到失望,又心急如焚,他们深知核能的巨大威力,如果“战争狂人”抢先制造出“超级武器”,那么人类的悲剧将是史无前例的。他们不气垒、不放弃,深知“超级武器”的研发并不是一件轻松的事情。


首先,研发需要雄厚的经济后盾作保障,没有钱什么事情都不用去想,而当时的美国是经济大国,有这样的经济条件;其次,许多科学家或专家为了躲避战火,来到“天堂”纽约,使这里拥有当时最多的人才和完备的研发体系;第三,当时白宫没有直接参战,而且隔着大西洋,远离战火纷飞的欧洲,为研发提供安定的社会环境。这些条件,只有当时的美国能提供,也只有它才有可能挑战德国,并与其相抗衡。


后记

软的不行,来硬的。费米、泰勒等人决定直接上书总统罗斯福,只有他能让研制方案落实并尽快实施。为了增加说服力他们找到了德高望重的爱因斯坦,请他作为代表向总统进言。同时,还拉上科学顾问阿列克谢·萨克斯(罗斯福的好友),委托他向总统进行游说工作。


最终,1939年10月,罗斯福下令成立一个铀顾问委员会,并于当年的12月6日正式批准了“超级武器”的研制计划。国会首批20亿美元科研经费到位。白宫在正式制定这项研究工程的同时,为这项工程取名为“曼哈顿工程”。

优质回答

原子弹是著名科学家爱因斯坦上书美国总统罗斯福,阐述了原子弹对美国国家安全的重要性因此研制出来的。



1.第二次世界大战期间,流亡到美国的科学家西拉德等人,为防止德国人抢先造出原子弹。动员爱因斯坦上书美国总统罗斯福,阐述原子弹的重要性,但是并没有得到罗斯福总统的重视。



2.不过1941年12月8日,日本偷袭美国珍珠港后,美国政府认识到原子弹的重要性,因此加快了研制原子弹的步伐,并在1942年8月制定了“曼哈顿计划”。



3.美国不惜重金提取铀235,此外意大利的科学家费来在美国设计建造了原子能反应堆,用来生产钚239做为原子弹的原料。



4.1945年3月美国成立了原子能委员会,由四位诺贝尔奖获得者奥本海默、费米、劳伦斯、康普顿四位物理学家,带领10万人的研制团队,一起加快了原子弹的研制步伐。



5.1945年7月美国生产的铀235和钚239已经足够制造原子弹了。因此美国在1945年7月16日进行了原子弹爆炸实验并取得了成功,这就是原子弹的发明过程。1945年8月6日和8月9日,美国在日本的广岛和长崎投下原子弹,当场炸死30多万人促使第二次世界大战结束。

优质回答

原子弹的原理是什么?能通俗地解释一下么?
原子弹的另一个名称是裂变弹,和聚变弹(氢弹)一起统称为核武器!尽管核武器将两者统一在了一起,但裂变弹的原理和聚变弹是完全不一样的,甚至完全相反,但事实上两者却还得携手合作完成终极能量爆发过程!
一、裂变弹的原理
顾名思义,裂变弹就是利用重元素的裂变释放能量的一种武器,一般利用的裂变材料有铀235或者钚239!其原理是热中子在撞击铀235原子核以后分裂成钡144和氪89,并释放出0.86 MeV的能量,另外还将释放出2-3个中子!

而释放出的2-3个中子又将撞击其他铀原子核,这些有原子核将继续分裂并释放出更多的中子,如此循环形成链式反应!那为什么会裂变呢?是不是其他元素在遭受热中子撞击后也会裂变?要了解这个过程我们必须来了解下原子核,原子核是由质子和中子组成的,如下图:

1.为什么会裂变
质子数的区别决定了元素的种类,而中子数则决定元素的同位素!从1号氢元素开始到118号人造元素og为止,每一个质子数都代表一种元素,比较容易实现聚变的氢元素开始到铁元素为止,原子核之间的结合能是增加的,元素逐渐稳定,当过了铁元素之后的重元素,原子核的不稳定性逐渐增加,因为组成原子的质子和中子之间是有四种作用力中最强的强作用力聚合在一起的,但它的作用距离有限,在更多的质子聚合在一起的时候将会受到质子之间电磁斥力(质子带正电),质子越多则越不稳定,一直到能够衰变的放射性元素!比如118号元素,存在时间只有0.9毫秒即衰变成116号元素,随后则衰变成114号元素,再是112号元素,最后是56号元素钡!
2.临界质量

了解了为什么会裂变之后,我们必须要了解一个临界质量的概念!对于中子来说,原子核之内的空间犹如一个高尔夫球面对整个体育场,因此要让热中子在创出这块裂变材料之前尽可能撞到别的原子核,那么需要足够大的质量!而这个质量就是核材料的临界质量!
钚—239的临界质量为5千克;
铀—235的临界质量为15千克;
请注意,以上临界质量需要铀—238作为中子反射材料!

即使如此,在原子弹内的核材料被炸散之前参与裂变的比例仍然很低,比如广岛原子弹的核装药大约是64千克铀235,但只有不到1千克的核材料参与了裂变,最终产生的质量亏损约1克不到,但其释放的能量约相当于2万吨TNT,当然有兴趣的各位也可以根据质量亏损约0.0945%以及爱因斯坦的质能公式计算下具体的当量!
二、聚变弹的原理
其实相对于裂变弹,聚变弹的原理更简单一些!即轻核原子核聚变成重核原子核,并释放出巨大能量!

说起来容易做起来难,要让原子核撞击到一起聚变需要极高的能量,因为第一原子核周围存在电子,比如要在高温下使其核外电子脱离原子核的束缚而让原子核有机会碰撞,但并非核外电子游离即可,而是需要极高的能量让原子核高速运动,才有更多的机会撞击到一起形成新的元素,而这个温度简直就是变态!比如在无压力的条件下,氚氘原子核需要大约1亿度的温度才能实现聚变!(太阳核心大约是1500万摄氏度以及2500亿个大气压)

当然这并没有难倒我们的科学家,因为原子弹爆炸的即形成超高温与超高压条件,只要将原子弹的高温高压在聚变装药的周围保持足够的时间,那么中心的聚变装药(一般是氘 氘化锂6 氚 氚化锂6)素就有有机会大量聚变!而这个聚焦结构设计这是绝密,全世界真正突破的国家就两个,一个是美国,用大量实验得到的结果!另一个就是中国,是于敏老爷子拿这笔杆子计算出来的!因此真正算得上大神的唯有于敏老爷子!
前文说了在原子弹装药被炸散前尽量让更多的裂变元素参与聚变,并且不能让装药的裂变材料超过临界质量,因为在临界质量以上的话衰变产生的中子即可链式反应,这将导致意外的不可控状态!多个条件将导致原子弹的威力不能无限制增加(一般都不超过几十万吨),因为大部分都是浪费的!但氢弹则没有这个问题,可以通过优化设计而达到令人难以想象的程度,比如全世界最大威力的氢弹-前苏联制造的沙皇炸弹,原本威力是一亿吨,但后因测试地条件限制减配为5000万吨,实测威力5800万吨,爆炸测试点是北极圈内的新地岛!
沙皇炸弹总共制造了两枚,这是另一枚!
无论是什么原理或者是多大威力,我们并不希望有第三枚原子弹或者氢弹被实弹应用,核武器或者热核武器对于人类来说,那都是毁灭性的,希望未来不会有热核战争!

优质回答

原子弹我们大家都知道属于核武器,它的威力骇人听闻。但原子弹是怎样发明的,或者说为什么能有人想到这恐怖的武器,从而实践,真正运用到军事当中。


爱因斯坦很多人都说它和原子弹无关,他没有参与美国曼哈顿原子弹计划。可我觉得是有很大关系的。

1905年,爱因斯坦提出著名质能方程式。质能方程E=MC2,E表示能量,m代表质量,而c则表示光速。他提出能量守恒定律,能量不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其它物体,而能量的总量保持不变。后来该方程式主要用来解释核变反应中的质量亏损和计算高能物理中粒子的能量。正是因为有了这个理论,科学家们发现,赋予物体质量的原子核里面蕴含着惊人的能量,从而开启了对原子核的研究。



1938年,德国科学家奥多·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼发现铀原子核裂变现像。发现原子核在裂变同时会释放惊人的能量,这种链式反应如果不加以控制,会产生惊人的能量释放。第二年,1939年初,二人发表论文。这一论文引起了德国高层和希特勒的注意。希特勒立即成立了研究机构,可由于当时德国的不重视,经费不足和对犹太人的屠杀,导致许多优秀人才流失,最终输在终点线上。

早在前期,爱因斯坦在得知德国研制核武器时,爱因斯坦明白它的重要性和希特勒的野心,写信罗斯福,但也没得到罗斯福重视,但至少在罗斯福心中,有了对这种武器的认知。珍珠港事件爆发后,罗斯福意识到了原子武器的重要性。

1942年由美籍犹太裔著名物理学家罗伯特,奥本海默为主导的原子弹研究计划,也就是曼哈顿计划开始落实,美国投入大量人力物力和金钱。迅速超越德国技术,历时三年。原子弹原告成功。
其实,原子弹并不是谁就可以发明的,这其中离不开那些在方方面面取得成就的科学家和为原子弹制造付出汗水的普通劳动者,据悉,曼哈顿计划投入超过10万人,这每一个人,都起到了作用,不管脑力也好,体力也罢。

优质回答

原子弹是一种普通的核武器,也是大规模杀伤性武器,它利用的是核裂变反应释放能量,产生爆炸。
原子弹的原理比较复杂,我们在中学物理课上学习过。核反应和传统的化学反应不一样,在核反应过程中,原子核发生了变化,转变为其他原子核,根据爱因斯坦质能方程,这就会释放巨大能量。原子弹用到铀235、钚239和铀233这三种裂变物质,其中铀235最常用。
原子弹爆炸就是临界状态的核裂变,意思是铀核或钚核分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式,对于铀和镭这类超重的元素来说,这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变,这会一直持续下去,直至耗尽核原料,这种过程称作链式反应。
根据质能方程,能量与质量成正比且系数是光速的平方,所以即便核原料质量非常小,但释放的能量也是巨大的。

优质回答

1、质能方程 即 e = mc^2
在特定的情况下(包括特殊的环境以及特殊的材料),物质的质量能够转换成能力,其变换的公式即质能方程.方程中e为产生的能量,m为转换的物质的质量,c为光速即3*10^8 m/s.
2、重核裂变(特殊的材料与环境)
某些特殊的材料(如铀等放射性物质)在受到中子轰击后,能够分裂成中子以及比其更轻的原子,于此同时损失质量,这些损失的质量即转换成能量的质量,即质能方程中的m;而进行重核裂变需要一定的温度,以及需要将一定质量的反应元素(铀)压缩在一定的体积中,这样裂变才能发生,这个体积叫做临界体积.
3、链式反应()
即使裂变不停发生,直至反应材料耗尽.用中子轰击处于临界体积中的反应材料(一般为铀),然后使其分裂成其他元素的原子核以及3个中子,这3个中子继续去轰击下3个铀原子,使其继续分裂,从而往复不停直至材料耗尽.
4、原子弹
原子弹里面是由2块铀(一块大,一块小)以及一个普通炸弹组成.开始时,两个铀块是分离的,在原子弹内部有中子不停轰击,由于2块铀分离的,故没有达到临界体积,无论中子怎么轰击都是不会发生反应的.当需要引爆的时候,只需引爆其内部的普通炸弹,通过炸弹的冲击力使小块铀块与大块铀块粘在一起,从而达到临界体积;炸弹爆炸产生的能量迅速提升原子弹内部温度,于是链式反应发生,重核裂变不停止直至铀完全耗尽.由于质能方程中,能量与质量成正比且该系数为光速的平方,故即使质量非常小,但是产生的能量还是非常可观的。

优质回答

物质是金属态氢离子聚合形成的。
能量是金属态氢离子的磁力矩相互切割聚合形成新元素的同时释放的电磁波;物质不会转化为能量。
热核反应的本质是:磁场里高速流动的物质转化为金属态氢离子,金属态氢离子的磁力矩相互切割聚合形成新元素的同时释放电磁波——能量(爆炸);链式反应是冲击波层流里高速流动的新元素再次裂解为金属态氢离子产生连续的爆炸。
裂解不会产生能量,裂解是为聚合反应作准备!

相关推荐