核燃料的加工

    製造原子彈，首先要擁有核燃料，主要是鈾235和钚239。天然鈾礦石是一種稀有礦物，其中的鈾235僅佔0.7%，其餘都是不能發生鏈式反應的鈾238。從天然鈾礦石中提取鈾235，先要把鈾238分離出去，以不斷提高鈾235濃度，這一加工過程稱為“濃縮”。鈾濃縮需要很高的科技水準，因為鈾235和鈾238猶如一對雙胞胎，其化學性質幾乎完全相同，無法進行化學分離，只能採用物理學方法濃縮，通常採用離心法、氣體擴散法和鐳射法。離心分離法的工作原理與洗衣機利用離心力使衣物脫水的過程相似，通過每秒達2萬轉以上的超高速離心機，可將鈾235濃度提高到90%以上，以滿足核武器要求(而核電站燃料鈾235濃度只需達到3%)。美國扔在廣島的第一顆原子彈“小男孩”就是鈾彈。

    钚239由鈾238經中子照射後轉換而成，需要靠人工方法對核反應爐廢料進行後處理才能提取。一般採用添加化學催化劑的方法，先把核廢料放在濃硝酸中溶解後，再加入催化劑即可分離出钚239。钚彈中钚239的濃度必須達到93%以上，美國扔在長崎的原子彈“胖子”就是钚彈。

    核裝置的設計

    擁有核燃料只是第一步，下一步是製造可進行核爆炸的裂變裝置。一個核裝置通常由核部件(核燃料成形加工並適當組裝而成)、爆轟序列(主裝炸藥、雷管和傳爆組件)、核點火部件(中子源)等組成。核裝置先進與否，主要用比威力(即原子彈威力與其品質的比值)來衡量，提高其先進性要靠創新設計原理、精確計算，並需要通過多次核子試驗不斷改進。

    要完成核裝置的物理設計，首先必須弄明白核反應的過程，掌握其各種必備的條件和物理參數等。為此，要在眾多領域和眾多學科進行大量的科研工作。其中的關鍵環節，一是利用高性能電腦進行理論研究倣真計算；二是反覆進行多方面模擬試驗，用化學爆炸、實驗室、電腦對核爆炸物理過程和核爆炸效應進行模擬；三是進行必要的核爆炸試驗，這是對原子彈技術的最後檢驗。目前公開進行過核子試驗的國家，還只有美、俄、英、法、中5個核國家以及印度和巴基斯坦。

    原子彈的起爆方法分“槍法”(壓攏型)和“內爆法”(壓緊型)兩種。所謂槍法，就是把核燃料分為兩三塊半球體，放入金屬容器中並填入高爆炸藥。起爆時，首先引爆炸藥，産生強大壓力，推動核燃料迅速合攏，進入臨界狀態併發生鏈式裂變反應，産生核爆炸。內爆法則是把海綿狀的核燃料放在一個球形金屬容器中，把高爆炸藥包裹在其周圍。這種原子彈起爆時，首先引爆炸藥，産生強大的內聚衝擊波和高壓力，壓縮核燃料使其達到超臨界狀態，産生核爆炸。相比之下，內爆法所需裂變裝料的品質更小，因而被廣泛採用。

    這裡，最大的技術難題是高爆炸藥的合理配置。它要求把快速燃燒和慢速燃燒的兩種常規炸藥巧妙地組合在一起，起爆時，在百萬分之一秒的時間內同時引爆所有炸藥，才能實現真正的核爆炸。如果定時誤差超過上述要求，或者兩種炸藥配比不對，就會大幅度降低常規爆炸所産生的壓縮效果，致使核爆炸威力減半，甚至形不成核爆炸。有些暗地裏研製原子彈的國家，都曾在碰到這個技術障礙後踏步不前，一籌莫展。

    “雙重核按鈕制度”

    造出了原子彈，怎樣把它扔到敵人頭上去呢？這就需要運載工具。一般來説，戰略原子彈主要裝在導彈、航空炸彈上，發射平臺包括各種射程的彈道導彈、巡航導彈、核潛艇、戰略轟炸機等。戰術原子彈，則可做成核導彈、核炮彈、核地雷、核水雷、核炸彈等，由導彈、火炮、飛機、艦艇等拋擲，也可以人工布設。

    擁有了原子彈，還必須解決核武器安全控制問題。目前，各個核大國都有一整套複雜的核武器安全控制體系，任何個人或少數人都很難操縱整個發射過程。下面，我們就以運載原子彈的核導彈為例來看看其發射過程。

    戰略核導彈的發射程式採取“雙重核按鈕制度”，即每一級都有兩組密碼，只有當兩組密碼準確無誤地拼在一起，逐級向下級下達命令，核導彈才能最終發射出去。如俄羅斯，兩個核按鈕分別由總統(由與總統形影不離的軍官專門攜帶這個“黑色手提箱”)和國防部長掌管。當最高當局做出核打擊的決定時，特別專家小組將協助總統譯出平時存放在“黑色手提箱”內的密碼，國防部長也必須同時譯出自己保管的密碼；然後分別將這兩組密碼同時發送到總參作戰部，特種通訊中心接到密碼後，立即用電腦將這兩組密碼混合編成一組12位數字的新密碼，再通過特別通訊頻率傳遞給導彈基地、巡航的戰略核潛艇及轟炸機。

    當導彈基地、戰略轟炸機和潛艇收到核導彈發射密碼指令後，指揮官立即將接收到的密碼與自己保管的密碼作出核對後才能最後發射。拿核潛艇來説，艇長和副艇長各持密碼的一半，經組合後再與最高統帥部發來的密碼對照，證實吻合無誤後才能用分別存放在兩個人身上的鑰匙啟動發射按鈕。特別值得一提的是，這兩個核導彈發射鑰匙孔的位置也是經過特別設計的，距離至少有3米遠，以確保同一個人無法同時啟動兩個發射按鈕。相比之下，戰術核導彈的發射程式就要簡單些。 （閻世俊）

    環球時報 2002-4-22