核聚變臨界質量標準是多少

『壹』 在每一次核爆中，會有多少質量可以轉化成能量

質能方程指出，哪怕是微小的質量虧損，也會伴隨巨大的能量釋放，對於一顆30萬噸TNT當量的核彈，質量虧損大約是14克；1945年8月6日，美國在日本投放的廣島原子彈大約為2萬噸TNT當量，折算成質量虧損為0.93克。

質能方程

狹義相對論指出，質量和能量是統一的，兩者之間的關系由質能方程描述：

E=mc^2

（1）世界上第一顆原子彈，是美國在1945年7月16日引爆的“瘦子”，釋放能量相當於1.3萬噸TNT當量。

（2）1967年6月17日，我國成功空投了一顆氫彈，相當於300萬噸TNT當量。

（3）目前人類引爆過最大的核彈，是蘇聯的沙皇氫彈，相當於5000萬噸TNT當量。

目前世界上有核國家的核彈，都是朝著小型化發展，一般設計在1000~20萬噸TNT當量具有實戰意義，最小的可以做到10噸TNT當量，第一代核武器是原子彈，第二代核武器是氫彈，而第三代核武器則是中子彈。

『貳』 一個核彈頭有多重，從最小到最大。

幾千噸?幾百萬噸都有啊,不是所有的核彈重量都一樣
核武器是指利用爆炸性核反應釋放出的巨大能量對目標造成殺傷破壞作用的武器。爆炸性核反應是利用能自持快速進行的原子核裂變或聚變反應，瞬間釋放出巨大能量產生的核反應爆炸而形成巨大殺傷破壞效應。

核彈爆炸時，釋放的能量比採用化學炸葯的常規彈葯大得多。1千克鈾裂變釋放的能量相當於2萬噸TNT炸葯爆炸時放出的能量。核武器按作戰任務使用范圍可分為戰略核武器、戰役戰術核武器；按當量大小可分為千萬噸級、百萬噸級、十萬噸級、萬噸級、千噸級和百噸級，美蘇於80年代末開始研製當量小到10噸級、大到百噸級的微型超微型核彈頭及當量可調核彈頭。通常核武器的分代按其原理目前可分為四代。

第一代：原子彈（裂變彈）

20世紀四五十年代利用鈾或鈈等易裂變重原子核裂變反應瞬時釋放巨大能量的核武器稱為原子彈或裂變彈，即為第一代核武器。

鏈式反應 能自持進行的原子裂變反應叫鏈式反應。在裂變裝置（核彈頭或反應堆）中，要實現自持核反應，必須用裂變核釋放出的中子去轟擊其它重核引起裂變，新的裂變又釋放出新的中子，新的中子又去轟擊其它重核引起裂變，依此不斷進行。如鈾235的核吸收一個中子後發生裂變，平均能放出2.56個中子，鈈239平均能放出2.9～3.0個中子。在被釋放出的中子群中，一部分被沒有裂變的原子核所俘獲，引起進一步裂變，未被俘獲的中子從物質中逃逸。假如每次裂變能有一個以上的中子保留下來繼續參與裂變反應（即被其它原子核俘獲），那麼下一「代」所能取得的裂變數就要比前一代的多，也才能形成自持鏈式反應。也就是說，為了在核爆炸中取得高效率，在核裝置的設計上要盡量減少中子從裂變系統中逃逸，同時要盡力避免裂變材料中摻入能吸收中子的雜質。

裂變材料 是指能裂變反應並大量釋放原子能的物質。許多重原子核都能被分裂，但其中只有一小部分是易裂變的，即在慢中子（能量較低的中子）或快中子（高能中子）的轟擊下能發生裂變。由於核裂變所產生中子的能量范圍很寬，如果僅靠俘獲快中子時才能裂變的原子核，通常不能實現自持鏈式反應。從實用觀點來說，裂變武器只能用易裂變材料（即在慢中子轟擊下也能發生裂變）來製造。目前世界各國的原子彈全都採用鈾235和鈈239，或者是它們的某種組合。

鈾 自然界的鈾主要由兩種同位素鈾235和鈾238組成，其中主要含量是鈾238（約佔99.3%），鈾235含量極少（約佔0.7%）。理論上，鈾235的濃度在6%～10%才能製成鈾彈。也就是必須把天然鈾礦經篩選、粉碎、酸性浸析成礦漿、提煉獲取鈾的氧化物、進一步處理變成四氟化鈾或六氟化鈾，隨後進行鈾的濃縮。美國在二戰中耗資10多億美元建造了濃縮鈾的氣體擴散廠，通過泵使六氟化鈾氣體撞擊上面設有數百萬個小孔的障礙物，由於鈾235和鈾238原子質量有輕微不同，含有鈾235原子的分子比含有鈾238的分子以稍微大一點的速率滲出，最終的產品是武器級鈾。目前各國使用的核武器的鈾235濃度為93.5%。60年代末，武器級鈾每磅（0.45千克）需5 500萬美元，而天然鈾每磅才12美元。

鈈 自然界中鈈的蘊藏量極少，也不能自然產生，只能用中子轟擊鈾238而得到鈈239。大量生產鈈239需要高密度中子源轟擊鈾238，而中子源由核反應堆中的連鎖反應提供。二戰中，美國建立了多處核反應堆每年生產大量鈈239。理論上，鈈239含量為6%～10%就可以用來製造原子彈。目前各國使用的核彈頭鈈239純度約為93.5%。

鈾235和鈈239的基本區別是鈾是天然的，由采礦濃縮而得；而鈈239要用人工方法在原子反應堆中得到。製造相同當量的鈾彈比鈈彈的用鈈量要多，盡管鈈239比鈾235要貴，但鈈239裂變彈可獲得較高的當量-重量比，可使武器重量更輕、體積更小。據報道，美國大部分原子彈都含有鈾235和鈈239兩種材料。

臨界質量 為維持鏈式反應所需要的裂變材料的最小質量稱為臨界質量。少量的裂變材料不能維持鏈式反應（絕大多數中子逃逸了）。臨界質量的大小取決於裂變材料的種類、結構密度、幾何形狀以及核裝置中有無中子反射層結構等。在固態物質形狀中，球形的體積與表面積的比值最大，從單位球形裂變材料中逃逸出來的中子數最少，因此球形是臨界質量最小的一種形狀。如採用裸球，鈾235和鈈239的臨界質量分別為52和10千克（鈾235的密度小於鈈239）。

降低臨界質量有多種方法：一是用中子反射層作為包殼材料把裂變材料包起來，以使一部分向外逃逸的中子反射回裂變材料中，增加了中子數量以轟擊重核。中子反射層可使裂變材料臨界質量減小到原來的1/3到1/2，也就是在正常密度下，鈾235和鈈239的臨界質量可分別減至13～15和5～10千克，這就為減小核彈頭體積和重量乃至製造原子炮彈提供了方便。二是壓縮核材料，增加其密度。臨界質量近似與密度平方的倒數成正比。三是巧妙的結構設計以使裂變材料發揮最大作用。

原子彈的設計 裂變鏈式反應可視為一系列的「代」的雪崩式延續，每一「代」的標志是前一「代」產生的中子使核進一步裂變，一「代」的時間約10-8秒。裂變彈能量的釋放要經歷若干「代」，其「代」數取決於一「代」裂變產生的中子數有多少能保留下來並引發下一「代」裂變反應。如果一個原子核裂變僅能放出2.5到3個中子、並有2個能保留下來引起新的裂變，那麼當量在1千噸到10萬噸之間的一枚核彈能量釋放約要經歷53～58「代」。其中99.9%的能量大約是在最後7「代」釋放出來的，即約在爆炸的最後0.07秒內。

要獲得大的當量，裂變材料組合後的質量就必須比臨界質量大若干倍，才能達到和維持快速增殖鏈式反應，這可通過把兩個或多個亞臨界質量塊（小於臨界質量）合到一起。

原子彈的設計原理 是使處於亞臨界狀態的裂變裝料瞬間達到超臨界狀態，有兩種基本方式，即內爆式和槍式。內爆式又稱壓緊型，如一枚內爆式核彈可由處於亞臨界質量（一般為臨界質量的幾分之一）的球形裂變裝葯構成，在球形裝葯的外麵包一層其外圍是高能炸葯的重元素（鈾238）反射層。爆炸時，高能炸葯形成的內聚爆轟波壓縮裝葯，使其密度增大一倍到幾倍達到超臨界質量。鈾235、鈈239或二者組合的核武器，一般採用內爆式。美國1945年7月16日試驗的第一顆原子彈和投在日本長崎的第二顆原子彈「胖子」，都採用內爆法使鈈239由亞臨界狀態瞬間壓縮成超臨界狀態，而參與鏈式反應的僅為1千克。

槍式又稱壓攏型，即把2～4塊處於亞臨界狀態的裂變材料，在化學炸葯爆炸力的推動下迅速合攏而形成超臨界狀態。例如，沿著一管子可以把亞臨界的裂變材料推進到另一塊球狀亞臨界裂變材料塊中，也就是射進「槍管」，投在日本廣島的鈾235彈「小男孩」就用此法。槍式結構比較簡單，設計起來比較有把握。槍式結構只能用鈾235，不能用鈈239，主要原因是槍式結構對過早點火特別敏感，而鈈239正好比較敏感。此外，由於內爆式核裝置比槍式核裝置效率高，所以美國核彈大多數採用鈾235內爆式。

第二代：氫彈（聚變彈）

60年代以後，利用氫的同位素氘、氚等輕原子的聚變反應，瞬時釋放出巨大能量的核武器，又稱聚變彈、熱核彈、氫彈，即為第二代核武器。

聚變反應 除了重原子核鈾235、鈈239等的裂變能釋放核能外，還有另一種核反應，即輕原子核（氘和氚）結合成較重的原子核（氦）時也能放出巨大能量。核聚變的原理是：在標準的地面溫度下，物質的原子核彼此靠近的程度只能達到原子的電子殼層所允許的程度。因此，原子相互作用中只是電子殼層相互影響。帶有同性正電荷的原子核間的斥力阻止它們彼此接近，結果原子核沒能發生碰撞而不發生核反應。要使參加聚變反應的原子核必須具有足夠的動能，才能克服這一斥力而彼此靠近。提高反應物質的溫度，就可增大原子核動能。因此，聚變反應對溫度極其敏感，在常溫下其反應速度極小，只有在1 400萬到1億度的絕對溫度條件下，反應速度才能大到足以實現自持聚變反應。所以這種將物質加熱至特高溫所發生的聚變反應叫作熱核反應，由此做成的聚變武器也叫熱核武器。要得到如此高溫高壓，只能由裂變反應提供。

熱核材料 核聚變反應一般只能在輕元素的原子核之間發生，如氫的同位素氘和氚，它們原子核間的靜電斥力最小，在相對較低的溫度（近千萬攝氏度）即可激發明顯的聚變反應生成氦，而且反應釋放出的能量大，一千克聚變反應裝葯放出的能量約為核裂變的七倍。但在熱核武器中不是使用在常溫下呈氣態的氘和氚。氘採用常溫下是固態化合物的氘化鋰，而氚則由核武器進行聚變反應過程中由中子轟擊鋰的同位素而產生。1942年，美國科學家在研製原子彈過程中，推斷原子彈爆炸提供的能量有可能點燃輕核引起聚變，並以此製造威力比原子彈更大的超級彈。1952年1月，美國進行了世界上首次代號「邁克」的氫彈原理試驗，爆炸威力超過1 000萬噸當量，但該裝置以液態氘作熱核材料連同貯存容器和冷卻系統重約65噸，不能作為武器使用，直到固態氘化鋰作為熱核裝料的試驗成功，氫彈的實際應用才成為可能。中國於1966年12月28日成功進行了氫彈原理試驗，1967年6月17日由飛機空投的300萬噸級氫彈試驗圓滿成功。

熱核武器的設計 在熱核武器中，聚變材料既可直接加到（或靠近）裂變裝葯中心，也可安置在裂變裝葯的外面，或兩種方法同時採用。在後一種情況下，需將裂變產生的輻射控制起來，以使其能量轉換用於壓縮並點燃分離裝配的聚變材料的部分。這個專門設計用作起爆的裂變裝葯就叫做初級，通常稱為起爆氫彈的「扳機」。初級外面的聚變材料部分叫次級。因此，這種武器可以說有兩級核反應。

雖然鈾238不能進行自持鏈式反應，但由於裂變和聚變反應產生的大量高能中子可使鈾238發生持續裂變。所以在熱核外面再包一層鈾238（天然鈾或貧化鈾）就可以提高核武器的當量。在熱核武器中，這層鈾238有時被稱為第三級。沒有這層鈾，就是兩級武器。

通常一枚大當量熱核武器都是三相彈，即爆炸時所放出的能量有3個來源：第一級裂變鏈式反應；第二級熱核材料的聚變反應；第三級鈾238外層的裂變反應。粗略估計，釋放的總能量中聚變和裂變各佔一半。但為了獲取特殊的核爆炸效應，或滿足核武器一定的重量或尺寸要求，可以採取不同的裂變與聚變當量比，包括從純裂變到聚變當量占很大比例的武器。

核彈頭的基本結構 不管核武器樣式多麼繁多，核彈頭的基本構造通常由殼體、核裝葯和熱核裝葯、引爆控制系統（引信）和電源等組成。其中殼體用於盛裝核彈的各種裝置並能防止其機械損壞。在彈道導彈核彈頭殼體外殼還塗有特殊塗料或隔熱層，以防彈頭再入大氣層時受高速氣動加熱使彈頭殼體及內部裝置因過熱而燒毀。核裝葯和熱核裝葯，由裂變和聚變材料構成，以氫彈為例：核裝葯（裂變裝葯）置於由普通炸葯構成的球形裝葯的中央部位，在球形裝葯外面四周安裝了許多電雷管。引信傳來的敏感信號通過引爆控制系統產生的高壓電起爆各電雷管，使普通炸葯以「槍法」或「內爆法」使裂變材料迅即達到最大超臨界質量而實施核裂變爆炸，並使爆炸產生的部分輻射能量轉換用以加熱和點燃（高能中子的轟擊）熱核裝葯產生聚變反應，形成整個氫彈的核爆炸。引控系統是保證核彈到達預定炸點時發出起爆核裝葯指令並可靠起爆的裝置。電源是給彈頭各組件提供能源的小型一次性使用的蓄電池，在導彈發射准備時激活蓄電池，導彈發射起飛時才能用彈上蓄電池供電。

當量可調 核彈的當量是可以調節的。在純裂變裝置中，若改變鏈式反應的引發時間或變換彈芯，就能改變當量。鏈式反應是由中子源引發的，如改變中子源狀態，也可實現當量可調。在具有一級或多級聚變反應的熱核武器中，控制氚的用量或更換彈芯，即可改變當量。此外，也可採用控制附加的聚變級是否點火的機械措施，即控制是否點燃聚變裝葯，便可調節核爆炸當量的大小。

核武器的重量和當量 世界上第一個核爆炸裝置，代號「大男孩」的鈈裝葯約重6.1千克。由重約2 268千克高能炸葯內向爆炸將其壓縮到一起，於1945年7月16日上午5時24分，在新墨西哥州阿拉莫戈夫的「三一」試驗場內的一個30米高的鐵塔上進行試驗，當量為2.2±0.2萬噸。鈈裝葯實際大小同柚子差不多，而鈾反射層和高能化學炸葯使爆炸裝置尺寸重量大大增加。核裝葯、反射層和高能炸葯固定在一個由12塊五邊形構成的金屬球內，各五邊形用螺栓互相連接組成一個球體。

1945年8月6日上午8點15分投在日本廣島上空、估計爆高580米的原子彈「小男孩」，它裝有60千克高濃縮鈾235，採用槍法結構。槍管直徑約15厘米，長1.8米，重約半噸。核彈本身連同外殼長3米，直徑71厘米，重約4噸，當量1.2～1.5萬噸（有報道1.25萬噸）。

1945年8月9日上午11點零2分，投在日本長崎上空估計爆高503米的原子彈「胖子」，它所採用的設計和「大男孩」一樣，只是名稱不同。「胖子」裝有穩定翼和一個保護性的直徑為1.5米的蛋形外殼（彈殼），核彈全重約4.9噸，長3.6米，當量2.2±0.2萬噸，鈈裝葯約6.1千克。兩枚內爆式原子彈核裝葯的利用率約17%，而「小男孩」只有約1.3%。在美國首批核武器設計中，化學炸葯和反射層重量佔了絕大部分：「胖子」的當量重量比是4.5噸/千克，「小男孩」為3噸/千克，與現代核武器相比，都非常低。當量在10萬噸以上的現代化熱核武器，其當量重量比一般為1 000～3 000噸/千克，（這一數值遠比氘氚材料完全聚變所能達到的8萬噸/千克的理論極限低得多），例如美國庫存核武庫中當量最大的彈頭B53核彈（以及在「大力神」Ⅱ導彈上使用的彈頭W53），當量900萬噸，重約4噸，當量重量比約2 200噸/千克，相當於「胖子」的500倍。美國現役洲際導彈「民兵」Ⅲ彈頭為3個33.55萬噸當量分導式彈頭MK-12A，總當量100.65萬噸，彈頭重955千克，當量重量比為1 054噸/千克。當量大於10萬噸的戰略導彈彈頭和核炸彈，當量重量比為300～2 500噸/千克。低當量的戰術核武器的當量重量比約為4～100噸/千克

『叄』 是誰引爆網路教育「核聚變」

你好，很高興為你解答：
核聚變沒有臨界質量限制。
現在人們可進行的可控核聚變試驗就是很小的規模，微克級的。即使如此已經是技術上的重大突破了。
最初的可控核聚變試驗只是分子級的規模，持續時間毫秒級。

核爆的理論最小規模是原子級的。只是許多原子同時（應該說很短時間內）發生裂變或聚變，就叫核爆。裂變的正常速度下叫衰變。聚變在常見條件下不會發生。

『肆』 為什麼原子彈有上限，而氫彈沒有

從原子彈和氫彈的爆炸原理來看，原子彈由於受自身臨界質量的限制，存在一個極限爆炸當量，而氫彈只要增加核聚變材料，就能一直提高爆炸當量，理論上沒有上限。

核彈從原理上可分為原子彈和氫彈，我們都知道氫彈的威力要高於原子彈，這其實是兩者的爆炸原理決定的。

原子彈

其原理是利用裂變材料發生鏈式裂變反應，從而在瞬間釋放巨大的能量，讓原子彈爆炸的關鍵，就是控制好鏈式裂變反應，臨界質量則是維持鏈式裂變反應所需的最小裂變材料質量。

要想增加氫彈的爆炸當量，對氫彈的爆炸結構有著特殊的要求，氫彈的體積也將變得無比巨大，從而失去了實用意義；比如蘇美冷戰時期，蘇聯引爆的沙皇炸彈重達27噸，爆炸威力相當於5000萬噸TNT當量，爆炸時產生的蘑菇雲有40公里寬，64公里高，是至今為止人類造成的最大規模爆炸。

『伍』 要發生核聚變，需要物質和環境滿足哪些條件

條件需要高溫高壓，一般是用原子彈引爆的。這個是從理論研究發展到實踐的，歷史上不可能偶然製造這種反應。目前只應用與製造氫彈，核聚變原理可以用來發電，但是可控核聚變目前還在研究中。條件：需要超高溫和高壓，太陽本身就是一個核聚變反應器，其核心溫度是相當高的。

『陸』 核聚變有沒有違反質量守恆定律

核聚變確實不是質量守恆的，假如它質量守恆的話也許全世界就不會削尖腦袋往這個技術里鑽了，因為它不是質量守恆，虧損的微小的質量轉換成了巨大的能量，這才讓科學界趨之若鶩！其未來潛在紅利讓可以讓人類享受N年，即使以現在人類的能耗×100，在地球滅亡之時都不會將地球上的氫元素耗盡!

而聚變的質量虧損約0.7%，超過裂變十數倍，並且其沒有臨界質量，不需要分散安裝，因此裂變彈很少超過50萬噸，而聚變蛋....沙皇炸彈是1億噸，因為影響太大而減少裝葯為5千萬噸！終極的正反物質則100%虧損，假如沙皇炸彈的所有裝葯量全部換成正反物質的話，那麼其爆炸威力將增強142.86倍！

假如各0.5克正反物質湮滅，那麼其威力相當於廣島原子彈的1057.1倍，相當於2千萬噸的氫彈爆炸！

『柒』 幾個分子能否被引爆鏈式核聚變發生核爆核爆理論最小規模有多大

核聚變沒有臨界質量限制。
現在人們可進行的可控核聚變試驗就是很小的規模，微克級的。即使如此已經是技術上的重大突破了。
最初的可控核聚變試驗只是分子級的規模，持續時間毫秒級。

核爆的理論最小規模是原子級的。只是許多原子同時（應該說很短時間內）發生裂變或聚變，就叫核爆。裂變的正常速度下叫衰變。聚變在常見條件下不會發生。