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核武器是人类历史上最具破坏力的武器,其制造原理基于核物理学中的核反应。核武器主要分为两大类:利用重原子核裂变的裂变武器,也就是原子弹;以及利用轻原子核聚变的聚变武器,也就是氢弹。这些武器能够在极短时间内释放出相当于数千吨甚至数百万吨TNT炸药的巨大能量。
核武器制造的第一步是获取核材料。对于裂变武器,主要需要高浓缩铀或钚。高浓缩铀需要将天然铀中铀-235的丰度从0.7%提高到80%以上,这通常通过气体离心法实现。钚-239则是在核反应堆中通过中子照射铀-238产生,然后通过复杂的化学后处理从乏燃料中分离出来。对于聚变武器,还需要氢的同位素氘和氚作为聚变燃料。
裂变武器的设计目标是在极短时间内将亚临界质量的核材料迅速组合成超临界质量,引发链式反应。主要有两种设计方式:枪式设计将一块核材料高速射向另一块,结构相对简单但效率较低;内爆式设计将球形核材料置于常规炸药中心,通过同步起爆产生的巨大向内压力将核材料压缩至超临界状态,结构复杂但效率更高。
热核武器,也就是氢弹,威力远超裂变武器。它采用泰勒-乌拉姆构型,是一个两级装置。初级是小型裂变弹,爆炸时产生高温高压的X射线。次级包含聚变燃料如氘化锂,内部还有钚棒作为火花塞。初级爆炸产生的X射线能量被引导至次级,压缩并加热聚变燃料,同时点燃火花塞产生中子,引发聚变反应,释放出比裂变反应大得多的能量。
核武器制造面临巨大的技术挑战和国际管制。技术方面需要极其精密的工程设计,核材料处理具有高度危险性,质量控制标准极为严格。国际上,《核不扩散条约》严格限制核武器技术传播,国际原子能机构负责监管核材料使用,各国建立了核材料出口管制制度。核武器的存在带来核扩散威胁、核恐怖主义风险和环境污染等严重安全问题,因此国际社会致力于核军备控制和核不扩散。