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关于核弹的几个谣言

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其一,中心温度说
经常会听到核弹温度1亿度,半径多少公里内全部汽化这样的言论。
那么核弹的温度真的能够达到1亿度吗?现役大当量核弹头爆炸时,聚变反应核心区,根据理论计算确实能够达到1亿摄氏度。
那么这个1亿摄氏度的持续时间和范围又是多少呢?下面经过简单的计算,大致估算了一下。
斯特番—波耳兹曼定律j*=εσΤ4
假设一个表面积1平方米,温度1亿开尔文,黑体系数为1的球体,这个球体1秒中释放的辐射能量,根据上面公式计算。
e = 1*5.67*10^-8*100000000^4*1*1 =5.67*10^24焦耳。
而一个典型的1百万吨当量核弹,能量为4.184*10^15焦耳。
也就是说,一个半径0.282米,表面积1平方米的球体,以1亿开尔文的温度,维持1秒需要的能量,相当于13.55亿个百万吨当量的核弹头。
这样看来,这个1亿度的区域,显然半径小于0.282米,时间小于1秒。
那么具体的时间和范围是多少呢?下面接着计算。


IP属地:四川1楼2021-11-15 21:51回复
    根据核弹设计原理可知,一枚1百万吨当量的核弹头,大致由点火装置,裂变装置,聚变装置,中子反射层等模块组成。其中裂变装置充当扳机作用,通过裂变释放的高能射线和高能粒子,产生高温高压,引起聚变反应。
    通常裂变所需,铀的临界质量为15公斤,原子数3.85*10^25个,而钚的临界质量为5公斤,原子数1.24*10^25个。
    环状钚扳机直径约11厘米,若加上聚变核心和中子反射层,假设核心反应区为一个直径15厘米的球型空间。
    当点火装置使裂变块压缩超过临界质量后,链式反应开始发生。一个铀235每次裂变平均释放2.5个中子,而一个钚239裂变会释放3个中子。
    其中快中子动能达到1兆电子伏特,速度14000km/s。若假设参与反应的中子平均速度为10000km/s。
    根据临界质量原子数和中子增值系数,链式反应完全反应时间大约是中子穿过反应区直径时间的80倍,即0.15m /10000000m/s * 80 = 0.0000012s,约1.2微秒。其中大部分能量在0.1微秒内释放。
    总反应时间还有聚变反应时间和中子反射层反应时间,这里将总反应时间近似看作1微秒,其中0.9微秒至1微秒时,大部分能量参与释放。
    然后将上面的数据带入黑体辐射公式,可得
    4.184*10^15焦耳/0.1微秒 = 1*5.67*10^-8*100000000^4*1*1*表面积s
    球表面积S=0.00738平方米
    球半径R=0.0242米
    计算结果,1百万吨当量的核弹引爆时,大约可以在一个鸡蛋大小的空间里,产生持续0.1微秒的1亿度高温。
    显然这个温度区域还在弹壳内部,无法作为杀伤区域评估。至于弹壳外部,核火球中心部位的温度分布,后面有空在补。


    IP属地:四川3楼2021-11-15 22:00
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      2026-01-14 17:44:42
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      ???
      核弹中心为什么要用黑体辐射???


      IP属地:江苏来自Android客户端4楼2021-11-15 23:27
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        核弹功率大但能量一般吧


        IP属地:北京来自iPhone客户端7楼2021-11-16 00:35
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          IP属地:福建来自Android客户端8楼2021-11-16 07:51
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            IP属地:福建来自Android客户端9楼2021-11-16 07:52
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              怎么这么多楼被删了


              IP属地:四川11楼2021-11-17 01:01
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                其二,核火球内部蒸发说
                接上文,已知1亿度高温不具影响力,那么核弹弹壳外部,核火球内部又是如何呢?听说核火球内部的事物都会被蒸发掉?下面具体分析一下。
                核火球发展过程


                IP属地:四川12楼2021-11-17 01:12
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                  2026-01-14 17:38:42
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                  依旧以1百万吨当量核弹为例。
                  从时间轴来看,大致上在引爆的最初1微秒时间,亚原子粒子级的反应产生了巨大能量。大量γ射线,x射线,高速中子,电子等高能粒子,将弹壳连同周围的空气一起加热,瞬间等离子化。
                  形成了一个半径3米的高温高压等离子体,这个核爆初期火球温度高达1000万度以上,被称为x射线火球。x射线火球向外发射以x射线为主的高温辐射,同时弹体产生的等温激波以100公里/秒以上的速度向外膨胀。
                  之后数微秒,随着不断膨胀变大,x射线火球的温度和膨胀速度也在不断下降。像这样


                  IP属地:四川13楼2021-11-17 01:15
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                    核火球有辐射扩张阶段和冲击波扩张阶段,这里先略过。
                    在34微秒时,火球半径达到了40米,同时火球边缘温度下降到了60万度。当火球半径接近45米时,火球边缘温度下降到30万度,x射线火球不再扩张。
                    计算一下,根据维恩位移定律λ(m)T=b
                    可知T = 2.9*10^6 nm·K / λ ,x射线波长短于10nm,T = 2.9*10^6 /10 = 约30万度。
                    也就是说当火球温度低于30万度时,就不再辐射x射线了。
                    接下来是冲击波火球扩张阶段。


                    IP属地:四川14楼2021-11-17 01:21
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                      在75微秒时,火球半径至60米,这时冲击波阵面已经和辐射波阵面分离,开始产生温度阶梯,中心区域温度将近100万度,边缘温度20万度。
                      在1.4毫秒时,火球半径至100米,中心区域温度40万度,边缘温度6万度。
                      在6毫秒时,火球半径150米,温度如下


                      IP属地:四川15楼2021-11-17 01:25
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                        然后是到83毫秒

                        到1.3秒


                        IP属地:四川16楼2021-11-17 01:27
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