亿摄氏度下的核聚变

从核裂变的途径获得核能，相对来说容易一些，已经取得了很大的成功，但也存在一些难以克服的问题。一方面，铀和钍的储量是有限的；另一方面，核裂变所产生的放射性碎片处理起来也很麻烦。因此，核能利用的另一途径——核聚变，成为人们非常关心的问题。

核聚变又称热核反应，它是将氘和氚聚合成一个较重的原子核，同时释放出巨大的能量。核聚变的条件很苛刻，必须在几千万度的超高温下，轻核才有足够的动能去产生持续的核聚变。由于超高温是核聚变发生必需的外部条件，所以核聚变又称为热核反应。

氘在海水中含量非常丰富，而且提取也相对容易。海水中的重水是提取氘的重要原料。每立方米海水中的氘可以放出的核能相当于大约270吨煤或1360桶石油燃烧放出的能量，而全球海洋中的氘的总能量供应相当于全世界化石燃料总能量供应的5000万倍。若可控的氘-氘反应能够实现，海洋将成为人类用之不竭的能源源泉；又由于聚变反应没有核污染的威胁，所以更安全，核聚变是理想的能源来源方式。

科学家认为，包括太阳在内的恒星所以能在漫长的岁月中持续不断地辐射能量，是由于在恒星的内部进行着核聚变反应。太阳辐射的光和热主要来自氢核聚变成氦原子核时所释放的能量。太阳到了老年阶段，氦原子核也可以发生聚变，以形成更重的原子核，再次放出能量。在比太阳更老的星体中，氦原子核可能已经聚合成了较重元素的原子核。根据恒星演化理论，化学元素周期表上的元素，都是星体寿命晚期阶段的原子核聚变反应中产生出来的。由此可见，聚变反应不但为宇宙提供光明，还是宇宙万物的“造物主”。

太阳中的热核反应是由高温引起的原子核反应。热核反应是原子核燃烧，它不同于普通的（化学）燃烧。聚变反应需要一个燃烧点，这是聚变反应的关键。热核反应的温度至少几千万度甚至上亿度。

在氢弹爆炸中发生的也是核聚变反应，属于不可控的核聚变反应，可控的核聚变反应至今仍在研究。核聚变反应的主要困难是如何获得热核反应所需的100000000摄氏度的高温，并且如何约束高温下的热核材料。

由于核聚变要求很高的温度，目前只有在原子弹爆炸和由加速器产生的高能粒子的碰撞中才能实现。使核聚变能够持续地释放，并成为人类可控制的能源来源方式，这仍然是科学家奋斗的目标。

氢弹并不是用普通氢作为燃料，而是用氢的同位素氘和氚作为燃料。所以，准确地说应把氢弹称为“氘氚弹”，也往往把它称为“聚变弹”，把原子弹称为“裂变弹”。对一般人来说，叫氢弹就行了。

我国爆炸的第一颗氢弹

1949年，当苏联研制成功原子弹后，美国核物理学家爱德华·泰勒就督促当时的美国总统杜鲁门，要加快研制氢弹，争取在苏联的前面把氢弹研制出来。泰勒马上回到了洛斯·阿拉莫斯实验室，全力以赴地投入到氢弹的研制工作中。1952年11月1日，世界上第一个热核聚变装置——氢弹在太平洋上的恩尼威托克岛爆炸成功。泰勒成为名副其实的“氢弹之父”。

爱德华·泰勒

泰勒于1908年1月15日出生在匈牙利首都布达佩斯的一个犹太家庭里，父亲是一名律师，母亲是钢琴家。虽然将近两岁才张口说话，但泰勒在小学时就显露出超人的数学才能。他在父亲的指导下，到德国莱比锡大学报考的却是物理专业，同时他也没有放弃对数学的钻研。1930年，泰勒获得了莱比锡大学的物理博士学位，并在德国的一所大学任教。1935年，由于纳粹迫害犹太人，泰勒和妻子被迫离开了德国，并辗转到了美国，在乔治华盛顿大学教书。1941年，他正式成为美国公民。

1939年，泰勒和另两位核物理学家一起，找到爱因斯坦，向他陈说原子弹的重要性，并给美国总统富兰克林·罗斯福写信，敦促美国研制原子弹。不久，美国由著名核物理学家和“原子弹之父”奥本海默牵头，在新墨西哥州的洛斯·阿拉莫斯成立秘密实验室，以研制原子弹。1943年，泰勒加入了制造原子弹的行列之中，成为主要研究人员之一。1945年7月16日，世界上第一颗原子弹在新墨西哥州试爆成功。

1942年，美国科学家推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃氢核，引起聚变反应，并想借此来制造一种威力比原子弹更大的超级弹。1945年原子弹成功了，但如何引爆氢弹呢？1952年11月1日，美国进行了世界上首次氢弹试验。虽然威力相当于1000万吨TNT当量，但太笨重了，装置的总重达65吨，无法作为武器使用。后面的研究以此为基础，要逐步解决体积问题，找到用较小的原子弹引发任意大小的热核爆炸。

1961年10月30日，苏联设计了一个当时世界上最大的氢弹，它的威力可达1.5亿吨TNT（炸药）当量。在试验时，为了减少爆炸对地球产生的放射性沾染，氢弹的核原料减少了一部分。即便如此，当这样的氢弹在4000米上空爆炸时，爆炸的威力仍可达到5800万TNT当量，爆炸生成的蘑菇云高达67千米。这次试验的爆炸威力达到了氢弹威力的最高纪录。

在美苏研制成功氢弹后，英国、中国和法国也开始了氢弹研制的计划。1958年4月28日，英国爆炸了第一颗氢弹。法国是第4个拥有核武器的国家，但氢弹的研究相对迟缓，到1968年8月24日才进行第一次试验。中国是第5个拥有核武器的国家，1966年12月28日进行了第一次带有热核材料的核试验，相当于氢弹原理的试验，比法国早20个月，1967年6月进行空投氢弹试验，威力达到了330万TNT当量。

在研制成功的氢弹中，“三相弹”应成为主要类型。由于普通氢弹是在原子弹的基础上，在原子弹外面包一层热核材料（氘、氚），由裂变反应放出热量引发聚变反应，进而释放出更多的能量。“三相弹”通过重核裂变触发轻核聚变。在物理学上又将普通的氢弹称为“双相弹”。“三相弹”是在普通氢弹的外面再包上一层贫铀（即铀238）材料。铀238平时很“安分”，但当氢弹发生核聚变时会产生大量高能中子，这些中子会引起铀238的原子核发生裂变，放出能量和裂变中子，前者增强了杀伤威力，而后者又可以反过来冲击氢弹中的材料，制造出新的氚，促成新一轮的热核聚变。这种氢弹经历了核裂变—核聚变—核裂变3个过程，所以称为“三相弹”。

氢弹结构示意图

“三相弹”的威力大，其中裂变当量所占的份额相当高。一枚为几百万吨TNT当量的三相弹，裂变份额一般在50%左右，放射性污染较严重，所以也被称为“脏弹”。

氢弹的运载工具一般是导弹或远程轰炸机。为了具有良好的作战性能，氢弹自身的体积要小、重量要轻、威力还要大。20世纪60年代中期，大型的氢弹威力巨大，小型氢弹经过十余年的发展，威力也得到大幅提高。无论是大型氢弹还是小型氢弹，它们的威力似乎都已接近极限。