氢的主要区别(main difference hydrogen) vs. 铀弹(uranium bomb)

狭义相对论彻底改变了经典的质量、能量、时间等概念。著名的爱因斯坦方程E=mc2揭示了质量和能量之间的一个最高秘密，即质量-能量等价。根据这个方程，我们应该能把能量转换成质量，反之亦然。

当中子和质子结合或融合成一个原子核时，会释放出惊人的能量。所以，合成的原子核的质量小于它的母体粒子的总质量。质量的减少由爱因斯坦方程给出。物理学家们意识到，无论是将小原子核聚变为重原子核，还是将重原子核制动为轻原子核，都可以产生大量的能量。同时，他们意识到这种能量可以用来发电，也可以用来**大规模杀伤性**。

裂变弹的最佳燃料是铀和钚，而设计聚变弹的最佳燃料是氢。顾名思义，铀弹使用铀作为裂变燃料，而氢弹使用氢作为燃料。在铀弹中，当铀原子核分裂成轻原子核时，就会释放出能量。但在氢弹中，当小原子核融合成氦原子核时，能量就会释放出来。氢弹和铀弹的主要区别在于铀弹是核裂变弹，而氢弹是聚变弹。本文主要讨论氢弹和铀弹的区别。

什么是氢弹(hydrogen bomb)？

当轻原子核结合成重原子核时，产生的原子核的质量小于其母核的总质量。当它们融合时，质量损失根据爱因斯坦方程转化为能量。这种能量可以用来发电。不幸的是，同样的想法也可以用来**聚变**，因为聚变过程中会释放出大量的能量。

作为聚变燃料最好的元素是氢。氢有三种同位素，即普罗、氘和氚。但是，氢自然是一种气态元素。对于聚变反应，必须达到非常高的温度和非常高的燃料密度。如果氢被用作液态氢，冷却机制必须与**耦合，从而增加**的额外重量和体积。因此，氢以固态的LiD（氘化锂）的形式使用，因此不需要冷却机制。

氘和氚是聚变反应的最佳同位素。通过使用氘作为盖子，可以获得非常高的燃料密度。氘的另一个优点是它是一种稳定的同位素。天然氢中氘的丰度约为0.015%。所以，水是氘的良好来源。

在聚变弹中，聚变反应需要很高的温度（约108K）。因此，核聚变弹中使用了裂变弹来达到这样的温度。裂变弹一旦引爆，就达到了所需的温度。换言之，裂变弹用于聚变弹中点燃聚变弹。裂变弹引爆后，聚变反应开始。首先，锂原子核吸收一个中子并裂变成氦原子核，一个氚原子核加上能量。接下来，一个氘核和一个氚核结合产生一个氦核，一个中子加能量。所以，整个反应可以简化为以下方程式。

D+李→ 2He+能量

在上述聚变反应中，没有产生放射性核。在上述聚变反应中，每个核子释放的能量远高于铀的裂变反应。

什么是铀弹(a uranium bomb)？

铀有多种同位素，如铀-238、铀-235和铀-239。然而，铀-238占天然铀的99.7%。铀-239非常不稳定，所以它的半衰期很短。所以它很快就会衰变成钚。铀-238是最稳定的铀同位素。铀235不稳定，天然丰度在0.72%左右。

当一个铀原子吸收一个中子时，它会分裂成两个裂变碎片（两个较小的原子）和几个中子。在这个裂变反应中，大量的能量作为裂变碎片和电磁波的动能释放出来。如果产生的中子被其他铀原子吸收，这个过程就会变成一个连锁反应，阻止越来越多的铀-235原子核。然而，在这个过程中产生的一些中子从铀样品中逸出。所以那些逃逸的中子不参与核裂变。从样品中逸出的中子的分数取决于样品的质量。对于链式反应，铀有一个临界质量，称为临界质量。临界质量是裂变燃料的最小质量，一旦发生连锁反应，为了维持连锁反应，必须存在该燃料。另外，如果铀样品是天然的未富铀样品，大部分中子会被铀-238原子吸收（因为它的丰度在99.7%左右），然后产生铀-239，因此是一种废物。为了尽量减少铀-238吸收的中子数，必须提高铀-235的百分比。这个过程被称为铀浓缩。

核弹应该能够在瞬间释放出大量的核能。因此，必须尽可能减少铀-238吸收中子的数量和中子的逸出。这些要求是通过使用质量大于临界质量的高浓缩铀（HEU）样品来实现的。在铀弹中，铀的浓缩程度接近铀235的90%。

在现代核武器中，中子发生器是由高压真空管和小粒子加速器耦合而成的，它是链式反应的始作俑者。下图描述了铀弹的基本结构。

在爆炸之前，铀样品被分成两部分，每一部分的质量都小于临界质量。这两个样品的总质量超过了临界质量。这种分离使我们能够将**保持在亚临界状态，直到它被引爆。换言之，由于每个样品的质量都小于临界质量，在两部分结合在一起之前，**无法维持连锁反应。

首先，常规**（TNT）被引爆，使铀弹冲出并与铀靶结合。当它们结合成一个单一的铀样品后，它的质量超过了临界质量，导致连锁反应，从而引发核爆炸。这次爆炸释放出大量能量，以裂变碎片动能和辐射的形式燃烧着受害者。由此产生的裂变碎片也几乎具有放射性。因此，有许多医学问题与核爆炸引起的放射性沉降物有关。

氢(hydrogen)和铀弹(uranium bomb)的区别

燃料：

铀弹：铀弹的燃料是铀-235。

氢弹：氢弹由盖子（氘化锂）提供燃料。

启动：

铀弹：使用中子源作为起爆剂。

氢弹：氢弹被裂变弹点燃。

核反应：

Uranium bomb: There are several fission paths for. For an example,

Hydrogen Bomb:

把第一步和第二步结合起来，我们得到了整个聚变反应，

每个核子释放的能量：

铀弹：能量取决于铀-235的裂变路径。对于铀-235的上述裂变路径，每个核子释放的能量约为0.70MeV

氢弹：每个核子释放的能量约为2.8MeV（对于LD）

重要要求：

铀弹：临界质量和中子源是最重要的要求。

氢弹：需要108 K左右的高温和高燃料密度。

放射性沉降物：

铀弹：放射性沉降物很高。

Hydrogen bomb: The radioactive fallout is less.

Image Courtesy:

“Ivy Mike” by The Official CTBTO Photostream – “Ivy Mike” atmospheric nuclear test – November 1952 (CC BY 2.0) via Comm*** Wikimedia