“……”
此时此刻。
看着面前一脸好奇宝宝的于敏,徐云的神色却不由微微一愣。
过了片刻。
他的小心脏仿佛被人重重的揪了一下,一股热流瞬间从他的脖子直冲耳后,呼吸都随之出现了片刻的停滞。
妈耶?!
我TMD听到了啥?
早先提及过。
原子弹这玩意儿稍微键盘侠一点的说,只要有充足的核材料,其实是可以通过大量试验反复试错造出原子弹的。
虽然这种试错成本会很高,但逻辑本身是没毛病的——也就是它可以靠资源硬生生堆出来
可氢弹却不一样。
氢弹在构型确定之前的任何试验都是徒劳,而构型的理论突破非常依赖极个别天才科学家的灵感闪现。
最典型的代表就是海对面的泰勒和乌拉姆两位大佬,也是公认的海对面氢弹之父。
上世纪50年代。
就在所有核物理学家为氢弹的构型一筹莫展的时候,泰勒和乌拉姆共同发表了一篇论文,他们认为核爆产生的X射线,可能是引爆氢弹的关键。
因为要满足聚变的条件,除了核爆产生的极高温之外,还需要有高密度的聚变材料才行。
因为正常来说,核爆冲击波会将附近所有物质炸得粉碎,根本无法形成聚变所需环境。
泰-乌认为。
如果核爆后X射线能够先于冲击波释放……虽然这个时间差小到以纳秒计算,但这几纳秒已经足够在氢弹材料被炸散之前,通过巧妙设计的构型将X射线的能量引发聚变。
这便是赫赫有名的T-U构型原理,同时这也是这是这两位氢弹之父公开发表的最后一篇论文。
此后他们就再也没有任何关于氢弹的理论或数据发表,氢弹构型被海对面列为绝密中的绝密,哪怕在2023年都依旧如此。
但另一方面。
具体的氢弹构型虽然是高度机密,可氢弹的相关理论原理还是有迹可循的。
例如氢弹的基底反应离不开三个热核反应类型,也就是氘氘聚变、氘氚聚变和氚氚聚变。
这就像你做开水白菜,肯定需要鸡肉白菜锅炉这些材料或者设备,属于最最基础的问题,保密也保密不了。
可问题是光知道这三个类型压根没多少意义,只有确定到某个具体答案才有价值。
因为无论是氘还是氚它们都是极其珍贵的材料,在眼下这个时期制备起来实在是太困难了。
氘需要从海水中提取非常昂贵,而氚的制备只能依靠核反应堆,技术难度高出品率又低,某种意义上价值远超等量的黄金。
海对面用的方法是修建海水提纯氘的工厂,再用提取出的氘在反应堆中人工嬗变造出氚,然后做氚靶和氚束加速器进行打靶实验,来测量轻核反应的反应截面。
这是最自然不过的步骤了,但对于如今一穷二白的兔子和几乎为零的工业基础来说……眼下国内连最基本的电力供应都没法保证,谈何做成这种体系?
虽然国内去年就修建了一台核反应堆,但它的实质任务其实是充做原子弹的后手——如果铀弹搞不出来,那么这个反应堆就会提供钚来研发钚弹。
所以在原本历史中,这台核反应堆直到七年后才会正式运行。
至于临时转职用来搞氚嘛……也许八年十年可以搞定,但那时候黄花菜都凉了。
因此兔子们注定不可能沿着海对面的这套体系去复刻,它们唯一的路就是先确定氘和氚哪个更加重要,然后选定一个方向无脑莽。
这就像你买显卡,4070ti、4080、4090都还不错,最好的办法就是全部买来一张张试。
可问题是你现在没那么多预算,那么就只能先看各种测评,确定哪张卡性价比最高再入手了。
原本按照徐云此前和那位首都作家的约定,他会在时机合适的时候把这事儿告诉大于。
结果没想到他这头还没开口呢,大于那头居然就已经意识到了这一点?
随后徐云深吸一口气,假意费解的看向了大于,对他问道:
“大于,你也看到我现在才刚醒没多久,所以你刚刚说的这些我没能太跟得上……你能详细解释解释情况吗?”
大于闻言点了点头,主动走到窗户边拉开了窗帘(杨开渠已经日常去注射紫杉醇了),接着又回到了徐云身边。
只见他顺手拖了张小板凳坐下,同时对徐云解释道:
“徐云同志,你应该知道,所谓核反应截面,乃是核反应中的一个非常重要的概念——甚至可以排到前几的那种。”
徐云轻轻嗯了一声。
核反应截面,这其实是一个非常有趣的词儿。
它描述的其实并不是某个单位面积,而是表示一对粒子发生碰撞的概率。
可它不但名字叫截面,基础单位也是面积的平方米、平方厘米等等……
其实这也不奇怪。
大家可以先回忆一下宏观世界的截面概念:
如果一个球的半径为r,那么它的截面就是πr^2。
当有另一球体的运动轨迹与该截面相交,它们俩就会发生碰撞。
然后再把这个情况拓展到微观领域:
假设有2个原子核,氘核和氚核,想象氚核被力场包围着,通常考虑为强核力场和电磁力场。
所以与入射粒子运动方向垂直的阴影区域就是反应截面,进入到这一区域的粒子,就会进入到强核力或电磁力的作用范围。
考虑强核力时,这个作用力区域就被称作聚变截面。
聚变截面的基础单位叫做靶恩或者巴,一巴等于0.8x10^-28平方米,不过一般会把0.8看成1,然后写成10^-24平方厘米。
随后大于又在自己的小本本上熟练的写下了几个数字,说道:
“徐云同志,在核裂变过程中,中子与U235的裂变截面为600巴——这是一个已经多方确定过的参数。”
“但核裂变截面不需要考虑约束条件,如果把情景转换成计算聚变截面,电磁斥力就需要考虑在内了——也就是2个目标核子必须有一定的……初速度。”
“海对面以此构造出了T-U构型,其中氚的占比很重。”
“但是……我在引入了布赖特-维格纳方程计算之后,整个聚变截面在数学上却发生了一个变化。”
只见大于先是在纸上划出了一条【L】顺时针旋转90度的图像,同时语气也变得不太确定了起来:
“原本截面的图像是这样,像是个L翻转了90度,用我们汉语的写法就是先上提,然后右横。”
接着大于又划出了一条曲线:
“但在引入布莱特-维格纳方程后,聚变截面在算到小数点后第八位的时候,却变成了一条曲线。”
“也就是即使在很低的温度下,或者说两个粒子即使具有很低的动能,也能够发生聚变反应,只不过截面很小罢了。”
“而这个截面的上限就是5巴,和对面计算出来的氚氚反应最大截面为15个巴的结论相差了太多太多。”
“同时这种截面的次级形状又是圆球形,所以……”
看着有些支支吾吾的大于,徐云的心中顿时闪过了一丝恍然。
原来如此……
他就感觉大于昨天的状态怎么有些奇怪呢,原来是他在计算的时候想到了聚变截面的事儿:
当时他负责计算的是原子弹柱状次级,虽然这玩意儿和氢弹的次级并不是一个概念,但二者的形状还是相同的。
而大于计算出来的次级却是一个圆球形,这种情况下大于便很自然的开小差了。
可即便如此,大于也依旧准时完成了计算工作,真是恐怖如斯啊……
按照原本的历史发展。
大于最快都要在两年半以后才会想到这个问题,眼下这算是直接加速了一个坤坤的成长期了吗……
不过事情既然已经发生了,那么眼下的徐云便没有再迟疑的理由了。
于是他很快正了正身子,对大于说道:
“大于,所以你现在纠结的是对自己的结果不太有信心……或者说不知道用什么物理概念去解释这个数学结果?”
大于飞快的点了点头。
他迟疑的就是这事儿。
数学在很多时候不会说谎,但有些时候数学正确却并无法代表现实也正确。
比如后世的阿库别瑞度规……也就是曲率引擎的解析解。
这玩意儿在数学上已经完美到了无懈可击,但现实里你可曾见到过曲率引擎出现?——P图产生的时空扭曲不算。
还有威腾的M理论,这也是个数学完美但物理没有证实的典型。
大于的性子本就极其严谨,更别说氢弹的研制关国家命运,因此这个问题他要是不搞清楚……那就不是几天睡不着的事儿了。
随后徐云朝大于做了个淡定的手势,解释道:
“大于同志,如果你是要找我讨论氢弹的具体设计……说实话我可能无能为力。”
“但这种聚变截面涉及的是粒子物理情景,所以不瞒你说,我还真了解一些。”
“其实导致这种情况的原因很简单,那就是海对面没有考虑到亚原子粒子所具有的量子效应。”
大于顿时一怔:
“量子效应?”
“没错。”
徐云用力点了点头,说道:
“准确来说,是微观粒子的隧穿效应、波动效应、以及共振效应这三个概念。”
“大于,你刚才说你引入了布莱特-维格纳方程,也就是Breit-Wigner方程对吧?”
“那么你肯定也推导出了这个方程的核聚变变式,也就是单能级中子俘获的共振截面是不是?”
大于立马回了声没错,将手中的笔记本往前翻了一页,露出了上头的一道公式:
徐云见状,暗道了一声果然如此。
大于的这道公式其实不难理解,E0就是质心坐标系中共振峰的能量……也就是Ec+ΔEb与复合核激发态所匹配的能量,Γ为12共振峰值对应的总能量宽度,σ0是最大的截面,Γγ是辐射俘获宽度。
这算是布莱特-维格纳方程的基础变式之一,但更深入的一些物理意义却暂时没被解析出来。
随后徐云想了想,在脑海中过了一遍思路,对大于说道:
“大于,在这个公式的基础上,你先引入量子隧穿,然后想想会发生什么情况?”
“量子隧穿啊……”
大于闻言摸了两下下巴,很快开始思考了起来。
量子隧穿。
它是指粒子在经典力学下无法通过能量壁垒,但在量子力学下却有一定概率穿过的现象。
其基本原理是根据量子力学的波粒二象性,粒子可以表现为波的形式,它的波函数可以在势垒外衰减,但是存在一定的概率穿透势垒并进入势垒内部。
在势垒内部,波函数的幅度和相位均受到影响,而在势垒外部,波函数的幅度随距离的增加而指数级衰减,但其相位不变。
当粒子遇到能量势垒时,根据波函数的性质,其波函数会在势垒内部反射和透射。
即使是在能量低于势垒高度的情况下,粒子也有一定概率穿过势垒并出现在势垒另一侧。
这种现象在微观尺度上很常见,如电子穿过材料的能带隙、α射线穿过物体等都是量子隧穿现象,相关概念也在数十年前就被提出了。
几分钟后。
陷入沉思的大于忽然想到了什么,眼前顿时一亮:
“徐云同志,莫非你的意思是……”
“由于量子隧穿的存在,所以克服库仑势垒所需的温度比预期的要小,粒子克服静电屏障的概率增大,加上介质下温度下的麦克斯韦分布近似……”
“所以碰撞聚变的粒子动能处在一个狭窄的能量窗口,从而导致聚变截面也会进一步降低?”
徐云重重点了点头:
“没错。”
量子隧穿对核聚变的影响其实是很大的,例如太阳之所以能天然发生聚变反应,原因也是在于量子隧穿的存在。
大于所提到的这个窗口其实就是赫赫有名的伽莫夫窗口,但进一步分析的话还要加上劳森判据和三乘积才行,具体就不多赘述了。
不过眼下大于纠结的核心主要在于截面差值的物理性质,因此徐云只需要帮他理清脉络就行了。
果不其然。
在被徐云点通了量子隧穿的影响后。
大于很快便将注意力放到了共振效应上。
这一次不需要徐云提示,他便很快自己做起了分析:
“如果在核聚变考虑共振效应,那么显然指的就是3α反应……”
“在非弹性散射发生后,剩下原子核仍处于激发态,被释放的中子能量必然明显小于入射中子的能量,也就是负荷和有可能释放两个或者多个中子的能量。”
“复合核有可能释放两到多个中子的能量,中子与原子核可以不发生中子吸收与复合核的形成而相互作用,这里应该就要用共振能区来解释了……嗨,这我怎么想不到呢,我真笨……”
“然后这样这样……再那样那样……”
十多分钟后。
大于有些感慨的将圆珠笔放到了桌上,眼中闪过了一丝光芒:
“果然……所有轻核反应的截面均绝对不可能超过5巴,泰勒他们在这个数据上算错了!”
在TU双人组联名发布那篇封神之作之前……也就是1950年的时候,泰勒曾经单独发布过一篇论文。
论文中详细的推导了轻核反应的截面问题,并且极其笃定的宣称氚氚反应最大截面是15个巴。
这个结论的推导过程非常精细,绝不可能是刻意放出来诱导外人的消息——那时候欧美几大国家都在全力研究轻核反应的理论问题。
并且根据毛熊那边掌握的情况来看,T-U构型也确实顺延了这个理论结果。
也就是海对面所有的氢弹数据设计,都是按照“氚氚反应最大截面是15个巴”来做的。
这种做法并不能说有问题,因为15巴的情景显然要大于5巴。
就相当于你配了台电脑,实际总功率是550W,但你在计算的时候算错了,算成了1000W。
于是你买了个1000W的电源,这种瓦数负担550W肯定没有任何问题——电源的瓦数不怕超了多少,只怕低。
但另一方面。
1000W的电源在成本上显然要比550W高一大截,支出就凭空多了不少。
倘若你是个能随便V人50的富哥,这笔支出倒也不算啥。
但如果你是个买个鸡蛋都要货比三家的穷逼,那么这些钱就相当可观了。
眼下的兔子们便属于标准的后者,因此这个错误的纠正对于大于和国家而言,都属于一个极其令人振奋的好消息。
看着双手紧握成拳的大于,徐云便忍不住笑了笑,继续说道:
“所以大于,你的想法是正确的,在氢弹的结构设计中,确实可以不考虑氚氚反应,而用其他反应进行替代。”
“所以……”
徐云原本想说的是【你就按这个思路继续算下去吧】,然而他后半句话还没说完,大于便忽然打断了他:
“徐云同志,稍等一下!”
接着不等徐云出声,大于便猛然看向了他:
“徐云同志,如果按你所说的考虑量子隧穿,那我们能不能把它利用在材料压缩上?”
“比如说放弃某些汇聚角,然后形成一个特殊的梯度穿透冲击波?”
徐云:
“嘎?”
……