【元素家族——連載4】人類終極武器——氫彈

1945年8月，兩顆原子彈結束了讓9000萬人死亡的第二次世界大戰，所有人都見識到了原子武器的威力。有人提出，應該繼續研發理論上更為強大的氫彈，也就是通過氫原子核聚變的巨大能量發生更大的爆炸。但我們知道，原子核都帶正電，要使聚變反應能夠發生，首先必須使原子核能夠克服靜電斥力而彼此靠近，因此賦予參加反應的原子核以足夠的動能是實現聚變反應的先決條件。

按照這個邏輯，最直接的想法是使用勞倫斯發明的加速器，使原子核獲得聚變足夠的能量。但由於高能原子核打在靶上，主要過程是庫侖碰撞引起的慢化，在碰撞慢化過程中只有很小的幾率發生聚變反應。從能量的觀點看是得不償失的，而且用此法也很難作成武器。

【用粒子加速器來製造氫彈，Are u kidding me？】

另一種賦予大量原子核以能量的方法是把物質加熱至很高的溫度，例如幾千萬開爾文。在這麼高的溫度下，可以明顯激發某些輕核的聚變反應，人們把這種在高溫下發生的聚變反應叫熱核反應，太陽能的產生就是熱核反應放能的典型例子。

1941年，在曼哈頓計劃的進行中，費米把自己的這個想法告訴了同事泰勒——用一個原子彈產生超級高溫，讓氫原子在高溫下聚合，從而「引爆」氫彈。

【人類有能力利用太陽的偉力嗎？】

教科書上都是這樣寫的，但你要以為按照課本說明書一般就能製造出熱核武器，那就大錯特錯了。要想讓核聚變猛烈而持續地發生，不僅需要足夠的溫度，還需要在高溫區域聚變燃料的濃度足夠高。而原子彈的爆炸特別猛烈，在爆炸的同時，核爆的衝擊波會將原子彈附近的所有物質炸得粉碎並漫天飛散，這意味著等待聚變的氫在爆心根本達不到足夠的濃度。也就是說，如果你想著將一枚原子彈的大桶和一個裝液態氚的大冰桶綁在一起，其效果跟一枚原子彈也差不了多少。

你可能會開始靜下心來好好想想了，如果你足夠聰明，你可能會想到在一枚原子彈外面套一層由氚化鋰構成的「皮。這確實是最早設想的氫彈構型，號稱「千層餅」，原子彈一點燃，外層全部炸散，只有極少一部分氚能夠在超高溫環境下完成核聚變。從能量效率的角度來看，它的浪費極大，一個幾十噸重的巨型的「千層餅」，當量才40萬噸，跟理論值1000萬噸相差甚遠。

【1998年，印度自稱「包括了熱核武器的試爆」，但根據爆炸當量計算，三哥用的還是一顆「千層餅」，距離真正的熱核武器還差很遠。】

1951年，泰勒和他的同事烏拉姆一起發表了論文，指出： X射線可能是核聚變反應發生的關鍵。原來，當原子彈爆炸的時候，最先釋放出來的是X射線，然後才是衝擊波、電磁波、其他的射線等等。這個過程用我們肉眼看幾乎是一瞬間的事情，它們的順序只能用納秒來計算，但對於核物理學家，這個時間足夠了！如果能將先釋放出的X射線好好利用起來，就有可能在整個炸彈被炸散之前，讓核聚變燃料達到足夠的溫度。然後，被點著的氫彈還用你操心嗎？

【美國氫彈之父：泰勒】

這篇論文是泰勒和烏拉姆公開發表的最後一篇論文，下面真的沒有了，原因你懂的。反正1951年5月，在太平洋上的恩尼威托克島試驗場，第一顆試驗氫彈爆炸了，當量為22.5萬噸，爆炸威力大大超過原子彈。（廣島原子彈當量為1.5萬噸）

【第一枚氫彈「喬治」。】

次年11月，又一枚試驗氫彈「邁克」在同樣的地點爆炸，當量達到了1040萬噸，是廣島原子彈的700倍。但這兩枚氫彈使用的是液體氘，需要冷卻系統，因此非常笨重，竟達60多噸，因此沒有實戰價值。

【第一枚真正「熱核武器」級別的氫彈：邁克。】

1954年，第一枚可用於實戰的氫彈「蝦」在比基尼島爆炸，它使用了固體的氚化鋰，因此降低了自重，只有20噸左右，而當量則達到了恐怖的1500萬噸，是預測的600萬噸當量的2.5倍，原因是漏算了氚化鋰中的鋰。

這是美國威力最大的一次熱核武器試驗，對周圍馬紹爾群島區域產生了可怕的放射性污染，從1969年開始，美國政府開始收拾殘局，治理該區域的污染。一直到1990年代，這塊區域才被鑒定為安全。

【第一枚實戰氫彈「蝦」。】

【美國威力最大的一次熱核武器試驗：比基尼島的「蝦」。】

美國的這幾次氫彈核試驗，都來自泰勒和烏拉姆的設計，因此這種氫彈叫做泰勒-烏拉姆構型（T-U構型）。根據公開的信息，它由兩部分組成，初級部分是一個鈈原子彈位於上方，下面的次級部分才是核聚變材料，兩者都被聚苯乙烯泡沫所包裹。「鈈蛋」爆炸後，首先釋放出X射線，將聚乙烯泡沫變成等離子態，X射線的光能幾乎完全轉化為等離子體的熱能。等離子體擠壓並照射加熱核聚變材料，要知道，X射線的速度是光速，這都是一瞬間的事情，直到這裡「鈈蛋」還沒有完成爆炸。局促在如此狹小空間核聚變材料吸收到如此多能量，瞬間升溫到核聚變溫度，足夠毀滅一座超大城市的熱核爆炸就這樣發生了！

【泰勒-烏拉姆構型，詳細過程描述如上。】

沒有晚太久，蘇聯人也迅速跟進，1953年，蘇聯人的「千層餅」RDS-6s試爆成功，只有40萬噸當量，核聚變材料的利用率只有15%-20%。1955年，蘇聯人也得到了泰勒-烏拉姆構型，RDS-37試爆成功了，當量160萬噸，美蘇再次戰略平衡。

【1955年，哈薩克東北部，基於泰勒-烏拉姆構型的RDS-37試爆成功。有人懷疑蘇聯的克格勃起了很大作用。】

如果說美國是白頭鷹，雄健凌厲；那蘇聯就是北極熊，勇猛厚重，他們總是喜歡玩大傢伙。

1961年8月13日是一個不吉利的日子，一枚重26噸、當量5800萬噸的「大伊萬」在北冰洋附近的新地島爆炸，全球為之震動，地震波繞了地球三圈仍未消除，距爆炸點4000公里遠處，竟然也測得當地發生了5級地震，甚至有人測出亞歐大陸整體向南推移了9毫米。

這是人類歷史上最劇烈的一次人造爆炸，沒有之一！

【距離爆炸點8公里處，拍攝到「大伊萬」的火球。】

這就是氫彈的厲害之處，我們知道原子彈是有臨界質量的，因此威力存在上限，而熱核武器沒有上限（如果有的話，上限應該是超巨星、中子星），只要你敢想，就可以製造出更大當量的氫彈。據說，最早設計的「大伊萬」是1億多噸的當量，蘇聯人擔心地球可能承受不了才將威力縮減。

熱核武器的發展恰逢二戰結束，美蘇兩個超級大國冷戰對立。隨著美蘇爭霸進程的加速，兩個超級大國造出數以萬計的核武器，全人類被籠罩在「核陰影」之下。我們實在難以想像，會不會出現一個「希特勒」控制了核按鈕，那將是全人類的災難。

【赫魯曉夫（左）和肯尼迪（右）坐在氫彈上扳手腕。】

在這種背景下，人們開始反思科技與人文的脫節。科技跑的太快，發展出可以毀滅自身的武器，而人文的落後讓全人類仍在相互猜疑，人類似乎站在一個孤懸一線的隨遇平衡點上，只要稍有一個擾動，就會跌入萬劫不復的深淵。

前蘇聯的「氫彈之父」薩哈羅夫在這場反思中走在最前面，他就是前蘇聯核武團隊的領導者，製造出提到的RDS-37甚至恐怖的「大伊萬」。他看到熱核武器如此強大的破壞力之後，轉而投身到熱核能源的應用，第一個提出了托卡馬克的概念，一直到現在，後繼者還在他的設想上繼續努力；他又投身宇宙學的研究，第一個提出用檢測質子衰變來驗證CPT守恆。

【蘇聯「氫彈之父」，1975年諾貝爾和平獎獲得者：薩哈羅夫。】

這已經是兩個諾獎級別的創新了，更難能可貴的是，薩哈羅夫身體力行，投身政壇，並非為了加官進爵，而是防止他打開的魔盒——核武器擴散開來。1967年，他給領導人寫信，提出美蘇雙方應該共同放棄對反彈道導彈的研發。很顯然，他這是「與虎謀皮」，他隨即遭到封殺，被禁止參與到與軍事有關的研究。

1975年，他獲得了諾貝爾和平獎。在他晚年，他回顧說：「我當時投身核武器的研製時認為，世界需要平衡。我至今仍然堅持這一觀點。但在從事核武器研製的同時我也明白和意識到，我所從事的工作是多麼可怕。」

【柏林牆上薩哈羅夫的壁畫，並有：「感謝你，薩哈羅夫！」的標語】

薩哈羅夫的話信息量真大啊，回顧我們建國之初，是否也面臨那樣的窘境？國防建設一窮二白，如果沒有重器防身，連參與「平衡」的機會都沒有。1964年，我國第一顆原子彈試爆成功，中華民族終於屹立於世界之林，可以跟世界強國們平等對話了。僅僅2年半以後，我國第一枚氫彈也試爆成功了，這一速度遠遠超越了美蘇英法四大流氓。回顧起來，這隻能歸功我國的氫彈之父（玻爾語）——于敏的天才。

【領袖正在為2014年度國家最高科技獎獲得者于敏院士頒獎。】

根據資料顯示，我國的氫彈完全不同於美英蘇的「T-U構型」，而是自成一派的「于敏構型」。關於「于敏構型」的詳細機理，網路上有很多「大伽」猜測討論，說法各異，這裡就不跟風了。我們只需要記住我們的英雄——于敏，是他的天才智慧讓我們早日擁有護國重器，才能安心求發展。

于敏先生也曾說過：「核武器最好徹底銷毀，但想不受欺負就不能沒有。」這和薩哈羅夫的觀點何其相似？

一代人自有那個時代的歷史使命，科學人文仍未結合，我輩尚需努力！

【護國神盾——東風31A洲際彈道導彈。】

（鄭重聲明：文中提到的「T-U構型」原理只是一些非武器專業的物理學家，根據自己的知識，自行腦補出來的原理，並非真實的構型資料。如有雷同，概不負責。）