走进不科学 第六百四十六章 于敏构型....问世（上）

    “”

    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：

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    如果一个球的半径为r，那么它的截面就是πr2。

    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8x10^-28平方米，不过一般会把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，但现实里伱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：

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

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    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。

    也就是海对面所以得氢弹数据设计，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？”

    注：

    排期下来了，15手术