为什么原子弹如此厉害

为什么原子弹如此厉害

1939年8月2日，爱因斯坦致函时任美国总统罗斯福，建议抢在德国之前制原子弹。原子弹为什么那么厉害，让各国争抢研制？那么，时代发展到今天，有比原子弹更厉害的东西吗？未来我们又能科学利用这些“危险品”吗？

一颗原子弹死了20多万人

1945年8月6日早上，日本广岛市的防空雷达发现了一架美国B-29轰炸机。5分钟之后，原子弹在广岛上空600米高度处爆炸。

这颗代号“小男孩”的原子弹只有3米长，4吨重，其中核燃料铀-235的质量只有60千克，可是它爆炸的威力相当于13000吨TNT炸药，是整个东京大轰炸中所有炸弹总能量的8倍。爆炸产生的冲击波摧毁了半径2000米内所有木质结构的建筑物，中心温度超过3000℃，都把房屋砖瓦气化了。据日本方面统计，7万名广岛人立即死于这次核爆，如果算上后来因为核辐射而死的人数，因这颗原子弹爆炸而死亡的总人数达到了20多万。

原子弹的杀伤力还不是最厉害

为什么原子弹这么厉害？因为它所释放的能量来自核裂变。核能是原子核的结合能，而我们日常所用的各种能量，包括来自食物、燃油和普通炸弹的能量，都是化学能。而原子弹的能量释放效率要高得多。

在铀-235的裂变反应中，一个中子击打在它的原子核上，把这个大原子核分裂成两个较小的原子核和两个新的中子，反应后粒子的总质量减少了一点。根据爱因斯坦质能方程E＝mc2，这些减少了的质量来自原子核结合能的改变。仅仅一个铀-235原子核的裂变就能产生2亿电子伏的能量——相比之下，单位分子的TNT炸药爆炸的化学能只有几个电子伏。

尽管人们关于核动力飞机的畅想一度中止，但核动力能源密度大的诱惑一直都让人们跃跃欲试——从理论上讲，一磅（大约454克）浓缩铀可以驱动一架飞机绕地球飞数十圈

一次裂变反应产生的两个多出来的中子又可以让其他铀-235原子核裂变，这样一级一级传下去就形成了链式反应。广岛原子弹的爆炸时间只有百万分之一秒，在核弹炸开之后链式反应只能进行81级，只有2%的核燃料来得及完成裂变。如果让这些燃料都充分裂变的话，原子弹的威力将至少是同等质量TNT炸药的1000万倍。

原子弹的杀伤力还不是最厉害的，现在大国核武库的主力是氢弹，它的威力可达原子弹的1000倍。与原子弹的核裂变不同，氢弹依赖的核反应是核聚变：氢原子的两种同位素（氘和氚）在高温高压下聚合在一起形成一个氦原子和一个中子，并释放更高效率的能量。中国曾经在1976年试爆过一颗千万吨级TNT当量的氢弹。

史上最大的氢弹实验是苏联在1961年完成的，它的当量达到了5000万吨，相当于广岛原子弹的4000倍和整个第二次世界大战所用炸弹总量的10倍。这次爆炸毁坏了数百千米内的房屋，其产生的暴风一直吹到了1000千米之外，甚至造成整个苏联境内无线电中断1小时。

未来20年，核动力飞机上天？

像这样巨大的核能用于武器已经没有多少实战意义，人们更关心的是怎么把它用在能源上。如核动力能帮助飞机实现载重大、不耗油、可连续十几年在不加油的情况下进行全球快速运输。如果核动力货运飞机出现，那么它就可节约大量的燃油，减少二氧化碳等气体的排放。

不过，知名航空专家、《航空知识》杂志副主编王亚男表示，因核动力而来的核安全管理问题正是核动力飞机迄今未能问世的根本原因，且不提成本，其管理难度之大难以估量。此外，核动力航母和核潜艇可以利用取之不尽的海水来冷却堆芯，而在飞机上的核反应堆，只能采用气冷技术，这在当时的技术水平上也难以企及。真正阻碍核动力飞机出炉的原因，则是替代品洲际导弹的出现。可携带核弹头的洲际导弹可以大量部署在核潜艇、航母和陆地上。此时，用核动力飞机实现战略轰炸就显得效率低下了。

尽管人们关于核动力飞机的畅想一度中止，但核动力能源密度大的诱惑一直都让人们跃跃欲试——从理论上讲，一磅（大约454克）浓缩铀可以驱动一架飞机绕地球飞数十圈。而前景更为诱人的核聚变，则给核动力飞机带来更多的想象空间。因此，尽管困难重重，核动力飞机也一直并未淡出工程师们的视野。

除了核动力飞机，汽车也被列入核动力驱动之列。早在上世纪50年代福特汽车就推出了世界上第一款核动力概念车，名为Nucleon。福特的设计师计划在两个后轮之间加装核反应堆，并以铀元素的核裂变为能源，从而把水变成高压蒸汽，再推动涡轮叶片驱动汽车。然后蒸气在冷却之后返回核反应堆里面再次加热。只要核燃料还没用完，它就能不断发出动力。

另外一款核动力概念车“CadillacWTF”的设计者是一位艺术家，在他的构想中，车身中部一个钍元素反应堆可以为那些驱动轮提供源源不断的动力，在不添加燃料、免维护的前提下持续运转100年。

原子能真的适合作为汽车的能源吗？至少在人类目前已经掌握技术的前提下，这是不切实际的。该车设计者提到的钍燃料实际上是钍-232，人们无法直接使用钍-232通过原子反应产生能源。并且，艺术家描绘的小型反应堆现实中不存在，产生足以驱动一辆汽车所需能量的反应堆至少需要数十吨。

人类以核作为动力的历史才有60多年，未来核技术的发展也许会出乎今日我们所预料。而人们关于核动力的使用也超出了今日核技术的发展，而是存在于幻想之中，而幻想恰恰是人类进步的原动力。

（《中国科学报》2015.8.4、《科技日报》2017.8.10）