走進不科學 第六百四十六章 于敏構型....問世（上）

    「」

    此時此刻。一窩蟻  www.yiwoyi.com

    看着面前一臉好奇寶寶的于敏，徐雲的神色卻不由微微一愣。

    過了片刻。

    他的小心臟仿佛被人重重的揪了一下，一股熱流瞬間從他的脖子直衝耳後，呼吸都隨之出現了片刻的停滯。

    媽耶？！

    我tmd聽到了啥？

    早先提及過。

    原子彈這玩意兒稍微鍵盤俠一點的說，只要有充足的核材料，其實是可以通過大量試驗反覆試錯造出原子彈的。

    雖然這種試錯成本會很高，但邏輯本身是沒毛病的——也就是它可以靠資源硬生生堆出來

    可氫彈卻不一樣。

    氫彈在構型確定之前的任何試驗都是徒勞，而構型的理論突破非常依賴極個別天才科學家的靈感閃現。

    最典型的代表就是海對面的泰勒和烏拉姆兩位大佬，也是公認的海對面氫彈之父。

    上世紀50年代。

    就在所有核物理學家為氫彈的構型一籌莫展的時候，泰勒和烏拉姆共同發表了一篇論文，他們認為核爆產生的x射線，可能是引爆氫彈的關鍵。

    因為要滿足聚變的條件，除了核爆產生的極高溫之外，還需要有高密度的聚變材料才行。

    因為正常來說，核爆衝擊波會將附近所有物質炸得粉碎，根本無法形成聚變所需環境。

    泰-烏認為。

    如果核爆後x射線能夠先於衝擊波釋放雖然這個時間差小到以納秒計算，但這幾納秒已經足夠在氫彈材料被炸散之前，通過巧妙設計的構型將x射線的能量引發聚變。

    這便是赫赫有名的t-u構型原理，同時這也是這是這兩位氫彈之父公開發表的最後一篇論文。

    此後他們就再也沒有任何關於氫彈的理論或數據發表，氫彈構型被海對面列為絕密中的絕密，哪怕在2023年都依舊如此。

    但另一方面。

    具體的氫彈構型雖然是高度機密，可氫彈的相關理論原理還是有跡可循的。

    例如氫彈的基底反應離不開三個熱核反應類型，也就是氘氘聚變、氘氚聚變和氚氚聚變。

    這就像你做開水白菜，肯定需要雞肉白菜鍋爐這些材料或者設備，屬於最最基礎的問題，保密也保密不了。

    可問題是光知道這三個類型壓根沒多少意義，只有確定到某個具體答案才有價值。

    因為無論是氘還是氚它們都是極其珍貴的材料，在眼下這個時期製備起來實在是太困難了。

    氘需要從海水中提取非常昂貴，而氚的製備只能依靠核反應堆，技術難度高出品率又低，某種意義上價值遠超等量的黃金。

    海對面用的方法是修建海水提純氘的工廠，再用提取出的氘在反應堆中人工嬗變造出氚，然後做氚靶和氚束加速器進行打靶實驗，來測量輕核反應的反應截面。

    這是最自然不過的步驟了，但對於如今一窮二白的兔子和幾乎為零的工業基礎來說眼下國內連最基本的電力供應都沒法保證，談何做成這種體系？

    雖然國內去年就修建了一台核反應堆，但它的實質任務其實是充做原子彈的後手——如果鈾彈搞不出來，那麼這個反應堆就會提供鈈來研發鈈彈。

    所以在原本歷史中，這台核反應堆直到七年後才會正式運行。

    至於臨時轉職用來搞氚嘛也許八年十年可以搞定，但那時候黃花菜都涼了。

    因此兔子們註定不可能沿着海對面的這套體系去復刻，它們唯一的路就是先確定氘和氚哪個更加重要，然後選定一個方向無腦莽。

    這就像你買顯卡，4070ti、4080、4090都還不錯，最好的辦法就是全部買來一張張試。

    可問題是你現在沒那麼多預算，那麼就只能先看各種測評，確定哪張卡性價比最高再入手了。

    原本按照徐雲此前和那位首都作家的約定，他會在時機合適的時候把這事兒告訴大於。

    結果沒想到他這頭還沒開口呢，大於那頭居然就已經意識到了這一點？

    隨後徐雲深吸一口氣，假意費解的看向了大於，對他問道：

    「大於，你也看到我現在才剛醒沒多久，所以你剛剛說的這些我沒能太跟得上你能詳細解釋解釋情況嗎？」

    大於聞言點了點頭，主動走到窗戶邊拉開了窗簾（楊開渠已經日常去注射紫杉醇了），接着又回到了徐雲身邊。

    只見他順手拖了張小板凳坐下，同時對徐雲解釋道：

    「徐雲同志，你應該知道，所謂核反應截面，乃是核反應中的一個非常重要的概念——甚至可以排到前幾的那種。」

    徐雲輕輕嗯了一聲。

    核反應截面，這其實是一個非常有趣的詞兒。

    它描述的其實並不是某個單位面積，而是表示一對粒子發生碰撞的概率。

    可它不但名字叫截面，基礎單位也是面積的平方米、平方厘米等等

    其實這也不奇怪。

    大家可以先回憶一下宏觀世界的截面概念：

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    如果一個球的半徑為r，那麼它的截面就是πr2。

    當有另一球體的運動軌跡與該截面相交，它們倆就會發生碰撞。

    然後再把這個情況拓展到微觀領域：

    假設有2個原子核，氘核和氚核，想像氚核被力場包圍着，通常考慮為強核力場和電磁力場。

    所以與入射粒子運動方向垂直的陰影區域就是反應截面，進入到這一區域的粒子，就會進入到強核力或電磁力的作用範圍。

    考慮強核力時，這個作用力區域就被稱作聚變截面。

    聚變截面的基礎單位叫做靶恩或者巴，一巴等於8x10^-28平方米，不過一般會把8看成1，然後寫成10^-24平方厘米。

    隨後大於又在自己的小本本上熟練的寫下了幾個數字，說道：

    「徐雲同志，在核裂變過程中，中子與u235的裂變截面為600巴——這是一個已經多方確定過的參數。」

    「但核裂變截面不需要考慮約束條件，如果把情景轉換成計算聚變截面，電磁斥力就需要考慮在內了——也就是2個目標核子必須有一定的初速度。」

    「海對面以此構造出了t-u構型，其中氚的佔比很重。」

    「但是我在引入了布賴特-維格納方程計算之後，整個聚變截面在數學上卻發生了一個變化。」

    只見大於先是在紙上劃出了一條【l】順時針旋轉90度的圖像，同時語氣也變得不太確定了起來：

    「原本截面的圖像是這樣，像是個l翻轉了90度，用我們漢語的寫法就是先上提，然後右橫。」

    接着大於又劃出了一條曲線：

    「但在引入布萊特-維格納方程後，聚變截面在算到小數點後第八位的時候，卻變成了一條曲線。」

    「也就是即使在很低的溫度下，或者說兩個粒子即使具有很低的動能，也能夠發生聚變反應，只不過截面很小罷了。」

    「而這個截面的上限就是5巴，和對面計算出來的氚氚反應最大截面為15個巴的結論相差了太多太多。」

    「同時這種截面的次級形狀又是圓球形，所以」

    看着有些支支吾吾的大於，徐雲的心中頓時閃過了一絲恍然。

    原來如此

    他就感覺大於昨天的狀態怎麼有些奇怪呢，原來是他在計算的時候想到了聚變截面的事兒：

    當時他負責計算的是原子彈柱狀次級，雖然這玩意兒和氫彈的次級並不是一個概念，但二者的形狀還是相同的。

    而大於計算出來的次級卻是一個圓球形，這種情況下大於便很自然的開小差了。

    可即便如此，大於也依舊準時完成了計算工作，真是恐怖如斯啊

    按照原本的歷史發展。

    大於最快都要在兩年半以後才會想到這個問題，眼下這算是直接加速了一個坤坤的成長期了嗎

    不過事情既然已經發生了，那麼眼下的徐雲便沒有再遲疑的理由了。

    於是他很快正了正身子，對大於說道：

    「大於，所以你現在糾結的是對自己的結果不太有信心或者說不知道用什麼物理概念去解釋這個數學結果？」

    大於飛快的點了點頭。

    他遲疑的就是這事兒。

    數學在很多時候不會說謊，但有些時候數學正確卻並無法代表現實也正確。

    比如後世的阿庫別瑞度規也就是曲率引擎的解析解。

    這玩意兒在數學上已經完美到了無懈可擊，但現實里伱可曾見到過曲率引擎出現？——p圖產生的時空扭曲不算。

    還有威騰的m理論，這也是個數學完美但物理沒有證實的典型。

    大於的性子本就極其嚴謹，更別說氫彈的研製關國家命運，因此這個問題他要是不搞清楚那就不是幾天睡不着的事兒了。

    隨後徐雲朝大於做了個淡定的手勢，解釋道：

    「大於同志，如果你是要找我討論氫彈的具體設計說實話我可能無能為力。」

    「但這種聚變截面涉及的是粒子物理情景，所以不瞞你說，我還真了解一些。」

    「其實導致這種情況的原因很簡單，那就是海對面沒有考慮到亞原子粒子所具有的量子效應。」

    大於頓時一怔：

    「量子效應？」

    「沒錯。」

    徐雲用力點了點頭，說道：

    「準確來說，是微觀粒子的隧穿效應、波動效應、以及共振效應這三個概念。」

    「大於，你剛才說你引入了布萊特-維格納方程，也就是breit-wigner方程對吧？」

    「那麼你肯定也推導出了這個方程的核聚變變式，也就是單能級中子俘獲的共振截面是不是？」

    大於立馬回了聲沒錯，將手中的筆記本往前翻了一頁，露出了上頭的一道公式：

    σγ（ec）=σ0ΓγΓ(e0ec)121/(1+y2)+2Γ(ec?e0)。

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    徐雲見狀，暗道了一聲果然如此。

    大於的這道公式其實不難理解，e0就是質心坐標系中共振峰的能量也就是ec+Δeb與複合核激發態所匹配的能量，Γ為12共振峰值對應的總能量寬度，σ0是最大的截面，Γγ是輻射俘獲寬度。

    這算是布萊特-維格納方程的基礎變式之一，但更深入的一些物理意義卻暫時沒被解析出來。

    隨後徐雲想了想，在腦海中過了一遍思路，對大於說道：

    「大於，在這個公式的基礎上，你先引入量子隧穿，然後想想會發生什麼情況？」

    「量子隧穿啊」

    大於聞言摸了兩下下巴，很快開始思考了起來。

    量子隧穿。

    它是指粒子在經典力學下無法通過能量壁壘，但在量子力學下卻有一定概率穿過的現象。

    其基本原理是根據量子力學的波粒二象性，粒子可以表現為波的形式，它的波函數可以在勢壘外衰減，但是存在一定的概率穿透勢壘並進入勢壘內部。

    在勢壘內部，波函數的幅度和相位均受到影響，而在勢壘外部，波函數的幅度隨距離的增加而指數級衰減，但其相位不變。

    當粒子遇到能量勢壘時，根據波函數的性質，其波函數會在勢壘內部反射和透射。

    即使是在能量低於勢壘高度的情況下，粒子也有一定概率穿過勢壘並出現在勢壘另一側。

    這種現象在微觀尺度上很常見，如電子穿過材料的能帶隙、α射線穿過物體等都是量子隧穿現象，相關概念也在數十年前就被提出了。

    幾分鐘後。

    陷入沉思的大於忽然想到了什麼，眼前頓時一亮：

    「徐雲同志，莫非你的意思是」

    「由於量子隧穿的存在，所以克服庫侖勢壘所需的溫度比預期的要小，粒子克服靜電屏障的概率增大，加上介質下溫度下的麥克斯韋分佈近似」

    「所以碰撞聚變的粒子動能處在一個狹窄的能量窗口，從而導致聚變截面也會進一步降低？」

    徐雲重重點了點頭：

    「沒錯。」

    量子隧穿對核聚變的影響其實是很大的，例如太陽之所以能天然發生聚變反應，原因也是在於量子隧穿的存在。

    大於所提到的這個窗口其實就是赫赫有名的伽莫夫窗口，但進一步分析的話還要加上勞森判據和三乘積才行，具體就不多贅述了。

    不過眼下大於糾結的核心主要在於截面差值的物理性質，因此徐雲只需要幫他理清脈絡就行了。

    果不其然。

    在被徐雲點通了量子隧穿的影響後。

    大於很快便將注意力放到了共振效應上。

    這一次不需要徐雲提示，他便很快自己做起了分析：

    「如果在核聚變考慮共振效應，那麼顯然指的就是3α反應」

    「在非彈性散射發生後，剩下原子核仍處於激發態，被釋放的中子能量必然明顯小於入射中子的能量，也就是負荷和有可能釋放兩個或者多個中子的能量。」

    」複合核有可能釋放兩到多個中子的能量，中子與原子核可以不發生中子吸收與複合核的形成而相互作用，這裏應該就要用共振能區來解釋了嗨，這我怎麼想不到呢，我真笨」

    「然後這樣這樣再那樣那樣」

    十多分鐘後。

    大於有些感慨的將圓珠筆放到了桌上，眼中閃過了一絲光芒：

    「果然所有輕核反應的截面均絕對不可能超過5巴，泰勒他們在這個數據上算錯了！」

    在tu雙人組聯名發佈那篇封神之作之前也就是1950年的時候，泰勒曾經單獨發佈過一篇論文。

    論文中詳細的推導了輕核反應的截面問題，並且極其篤定的宣稱氚氚反應最大截面是15個巴。

    這個結論的推導過程非常精細，絕不可能是刻意放出來誘導外人的消息——那時候歐美幾大國家都在全力研究輕核反應的理論問題。

    並且根據毛熊那邊掌握的情況來看，t-u構型也確實順延了這個理論結果。

    也就是海對面所以得氫彈數據設計，都是按照「氚氚反應最大截面是15個巴」來做的。

    這種做法並不能說有問題，因為15巴的情景顯然要大於5巴。

    就相當於你配了台電腦，實際總功率是550w，但你在計算的時候算錯了，算成了1000w。

    於是你買了個1000w的電源，這種瓦數負擔550w肯定沒有任何問題——電源的瓦數不怕超了多少，只怕低。

    但另一方面。

    1000w的電源在成本上顯然要比550w高一大截，支出就憑空多了不少。

    倘若你是個能隨便v人50的富哥，這筆支出倒也不算啥。

    但如果你是個買個雞蛋都要貨比三家的窮逼，那麼這些錢就相當可觀了。

    眼下的兔子們便屬於標準的後者，因此這個錯誤的糾正對於大於和國家而言，都屬於一個極其令人振奮的好消息。

    看着雙手緊握成拳的大於，徐雲便忍不住笑了笑，繼續說道：

    「所以大於，你的想法是正確的，在氫彈的結構設計中，確實可以不考慮氚氚反應，而用其他反應進行替代。」

    「所以」

    徐雲原本想說的是【你就按這個思路繼續算下去吧】，然而他後半句話還沒說完，大於便忽然打斷了他：

    「徐雲同志，稍等一下！」

    接着不等徐雲出聲，大於便猛然看向了他：

    「徐雲同志，如果按你所說的考慮量子隧穿，那我們能不能把它利用在材料壓縮上？」

    「比如說放棄某些匯聚角，然後形成一個特殊的梯度穿透衝擊波？」

    徐云：

    「嘎？」

    註：

    排期下來了，15手術