PDF《核爆模拟 3》

核爆模拟3 ) ) ) 惯性约束聚变在核武器上的应用 曾先才北京应用物理与计算数学研究所 北京 摘要扼要介绍了核爆模拟的基本概念 !主要研究内容及驱动器与靶物理研究的进展 同时 对核爆模拟的发展 前景进行了简短的评述 关键词 模拟 核武器 惯性约束聚变 驱动器 激光 箍缩 ΣΙΜΥΛΑΤΙΟΝ ΟΦ ΝΥΧΛΕΑΡ ΕΞΠΛΟΣΙΟΝΣ ) ) ) ΑΠΠΛΙΧΑΤΙΟΝΣ ΟΦΙΝΕΡΤΙΑΛ ΧΟΝΦ ΙΝΕ ΜΕΝΤ ΦΥΣΙΟΝ ΤΟ ΝΥΧΛΕΑΡ ?ΕΑΠΟΝΣ ∞ ÷ 2≤ Βει ? ινγ Ινσ τ ιτυτε οφ Α ππλ ιεδ Π ηψ σ ιχσ ανδ Χ ομπυτα τ ιονα λ Μ α τηεμα τ ιχσ Βει ? ινγ Χ η ινα Αβσ τραχτ √ ?∏∏ ∏ ∏ Κεψ ωορδσ ∏ ∏ ∏ √

2 3 收到初稿 修回 核武器的秘密讳莫如深 核爆炸的杀伤力令人 恐怖 年虽然有核国家签订了全面禁止核武器 试验条约 然而 核武器作为当今世界最大最有效的 军事威慑工具 仍将在今后相当长的历史时期内存 在 核军备竞赛也决不会因为全面禁试条约的签订 而嘎然停止 只要世界上一天不彻底销毁核武器 有 核国家就不可能停止核武器的研究 全面禁试只是禁止在空中 !地上和地下进行热 核试验 并不是禁止继续制造 !改进和发展核武器 全面禁试以后 有核国家几乎都在寻找确保库存核 武器的安全性 ! 可靠性 ! 有效性和改进与发展核武器 综合性能的办法 并同时设法长期维持一支高素质 的核武器专家队伍 特别是美国 为了保持它的核霸 主地位 不惜花巨资 另辟蹊径 推出了庞大的核武 器管理计划 ≥≥ ° 和加速科学计算机创新 ≥≤ 计划 在实验室继续研究核武器物理 核爆模拟研究 就是其中最重要的组成部分 其实 不仅是美国 而 且几乎所有有核国家都在殊途同归地开展核爆模拟 研究 都在为有效地保持自己的核力量和进一步改 进与发展自己的核武器而努力 核爆模拟的基本概念 所谓核爆模拟 主要指的是利用惯性约束聚变 ∏ 在实验室开展有关核武 器物理和核武器效应的理论与实验相结合的研究 惯性约束聚变包括直接驱动和间接驱动两种方式 由于间接驱动方式与核武器的驱动方式非常类似 都是靠 ÷ 射线辐射烧蚀驱动的 所不同的是 ÷ 射线 辐射来源不同 前者靠激光在重金属转换出来的 ÷ 射线辐射或 箍缩 装置产生的 ÷ 射线 辐射 后者则靠核武器的初级提供的 ÷ 射线来引爆 次级≈ 因此 在核爆模拟中 通常都采用惯性约束 聚变的间接驱动方式来模拟核武器的物理过程 图 是间接驱动的示意图 在间接驱动中 强激光从柱型黑腔金靶的两端 入射到腔壁 立即形成称之为电晕区的高温低密度 的稀薄的金等离子体 然后 激光继续打到腔壁上 在亚临界密度区域 通过逆韧致吸收和反常吸收加 热等离子体 并通过电子热传导传至密度较高 !温度 # # 物理 图 间接驱动的示意图 较低的电子烧蚀区 转换为 ÷ 射线 烧蚀区的这种 力学状态是金等离子体发射 ÷ 射线的最佳状态 ÷ 射线发射速率最大 转换出的 ÷ 射线能量通过输运 沉积到靶丸的外壳 由热辐射间接烧蚀外壳 产生内 爆 压缩靶丸内的氘氚燃料 创造热核聚变点火燃烧 的条件 实现高增益 因此 间接驱动有时又称之为 辐射驱动 目前用来研究核武器物理的 箍缩装置 也 是利用它产生的 ÷ 射线辐射源来驱动靶丸内爆压 缩氘氚燃料的 同属于惯性约束聚变间接驱动的范 畴 现代的热核武器由初级和次级两级组成≈ 初 级主要是裂变反应 裂变材料一般是次临界的 °∏ 和 由高能炸药产生爆轰把它们压缩到超临界 产生链式裂变反应 初级爆炸产生的 ÷ 射线使次级 产生内爆 进而实现热核点火和燃烧 产生热核爆 炸 为了提高效率 现代核武器的初级含有氘氚气 体 氘氚气体被压缩和加热后产生聚变 释放的高能 中子使压缩后的钚和铀产生裂变反应 这种初级称 之为加强型的初级 美国现代的热核 武器的典型威力是几十万吨 * * 炸药当量 核爆模拟的关键是在实验室创造一个与核武器 性质相同的辐射场 在量上 辐射场的温度则要逼近 核武器要求的辐射场温度 越接近越好 然后利用这 个辐射场开展有关核武器物理的各种实验研究 并 利用所得的实验结果校验核武器设计的计算机模拟 程序 为此 在核爆模拟中 要求进行精密物理研究 即要求物理实验 !物理诊断 !理论研究和计算机模拟 都要精密 密就是要全面覆盖各个物理过程 ! 物理现 象和物理因素 精就是要知道每个环节的根据 ! 物理 规律 !影响范围和误差范围 要进行精密物理研究 制靶和驱动器等环节也必须精密 唯此方能正确地 校验核武器设计的计算机模拟程序 核武器是不可控的大威力的热核爆炸 惯性约 束聚变则是可控的微型热核聚变 两者只是在性质 上类似 在量上和在装置的构型上以及所使用的材 料等方面则均有极大的差别 因此 核爆模拟间接驱 动的靶设计与惯性约束聚变间接驱动的靶设计大相 径庭 惯性约束聚变的数据资料对核爆模拟的价值 也很小 美国能源部规定 惯性约束聚变研究是公开 的 但是利用惯性约束聚变对核武器物理进行的研 究是保密的 规定中具体指出 凡涉及直径大于 的聚变小囊 ! 聚变小囊吸收的能量大于 !辐射驱 动温度大于 ? 以及含有裂变材料的惯性约束聚 变靶等方面研究工作的所有信息资料都是保密的 由保密的程序计算非保密靶的结果 或利用惯性约 束聚变软件包计算保密靶的结果 以及某些研究惯 性约束聚变的计算机程序 !保密靶的设计及相关的 制靶技术 ! 以及其他关于高能炸药或核爆炸驱动的 惯性约束聚变的信息资料等也都是保密的 核爆模拟研究的目的 旨在全面核禁试后通过 实验室研究的手段 用经过实验校验核武器设计的 计算机模拟程序来继续研究核武器物理和核武器效 应 以便确保库存核武器的安全性 !可靠性与有效 性 并进一步改善核武器的性能 甚至发展核武器