核武器是一種複雜的高、精、尖作戰工具，是一個由若干子系統組成的精密裝置，這些子系統的設計與運轉是相互關聯的。僅就核裝置而言，在其外殼內，有許多不可思議的精密儀器：複雜的電子裝置，細緻加工並進行鍍敷的化學或金屬部件，經過專門澆注成型的猛炸藥，以及勝過精巧智力玩具那樣的裂變材料芯。據不完全統計，一枚現代核彈頭，包括4 000多個零部件。只有當所有的零部件協調動作時，核武器才是核武器，否則就只是一堆高階廢物。毫無疑問，正是方方面面數不清的經驗和技術支撐著核武器的高、精、尖。

核武器設計和發展所涉及的眾多學科中，熱力學和流體力學是兩個關鍵學科。核爆炸過程的環境是：極短的時間、極高的溫度、極大的壓力、巨大的密度和驚人的能量，因此，只要看一下對核武器設計中所涉及的時間、壓力、溫度及空間距離等引數是在什麼量級上進行取捨，就不難理解核武器設計技術是何等的精密。

首先說一下時間引數。在人類的日常活動中，常用秒、分、時、日、月、年作為時間計量單位。但在原子世界裡，一個重原子核俘獲一個能量在1兆電子伏左右的中子時，其核處於激發態的時間平均為7×10-15秒，或稱7飛秒。該中子的速度約為1。4×106釐米/秒，穿過直徑為1。4×10-12釐米的原子核需時約10-18秒。核裂變將結合能變成碎片動能僅需10-20秒。核反應中，一代中子撞擊新的原子核產生次代中子的時間間隔約為10-9秒。因此，在核武器設計中，時間通常需以納秒（ns，10-9秒）為計量單位。洛斯阿拉莫斯實驗室的核武器專家們，在實施“曼哈頓工程”的早期，創造了一個他們自己的時間單位———“剎”。它等同於10-8秒，或10納秒，是鈾核分裂成兩個碎片所需要的時間。一個通常的裂變裝置，整個放能時間不過幾十剎，一個大型氫彈放能時間也只是幾百剎。

第二個重要引數是距離。在日常生活中，人們用千米、米、釐米、毫米表示計量單位。而在研究原子和原子核問題時，涉及的是屬於強相互作用的將核子結合成為原子核被稱為核力的短程力，而不是能夠直接觀察到的諸如萬有引力和電磁力那樣的長程力。從原子核的大小以及核子碰撞時的截面估計，核力的力程約為10-13釐米。於是人們引進了費米概念，1費米=10-15米。這是人們為表達對科學家恩里科·費米的崇敬而引進的一個距離單位。

溫度是第三個重要概念，它表示冷熱程度，是系統原子或分子混合運動的平均動能的度量。科學上常用開氏溫度，即絕對溫標，其單位為開氏度（K）。在核武器爆炸中，會出現上億度乃至數億度的高溫，因此，設計時涉及的溫度區間為常溫到108K。像輕核聚變反應，要在百萬度乃至千萬度以上才有顯著的發生機率。

第四個重要概念是壓力，是分子或原子熱運動時撞擊周圍物質上產生力。單位面積上壓力（壓強）的單位為帕斯卡，簡稱帕，符號為Pa，表示1平方米麵積上所受的牛頓力，即N/m2。在核武器設計中，壓力是爆轟波、衝擊波或物質粒子衝擊物質產生的效應。核武器設計工作者常用兆巴為計量單位，用符號Mb表示，1Mb=106b，約等於百萬大氣壓。

最後說一下密度。它是單位體積中所含物質的質量，是組成物質分子或原子密集程度的量度。物質密度通常由克/釐米3（g/cm3）或千克/米3（kg/m3）表示。在裂變與聚變武器燃料中，高密度特別重要。密度高，原子靠得近，高度混亂運動的原子間相互碰撞的可能性就越大，即碰撞頻率越高。在裂變物質中，高度密集的結果，使得中子為引起更多的裂變在原子核間必須走的距離（自由程）變短。同時，裂變或聚變材料的密度越大，就越經得起使系統解體的外向力。保持系統垮塌時間很重要，時間維持得越長，放能效率越高；燃耗越大，越能充分利用核材料。如果核燃料系統在核反應時很快膨脹，則可能造成核反應的終止，造成核爆炸的失敗。

從核大國走過的道路可以清楚看到，核試驗是發展核武器的重要技術措施和前期技術準備。只有透過試驗才能確定技術資料，確定如何更改原設計方案，研究不同環境下核爆炸現象和各種殺傷破壞效應的變化規律，也才談得上進而研究手中核裝置的軍事用途。真正完成完整的核武器物理設計，沒有強大豐富的試驗資料庫的支援是難以想像的。

核武器設計是一門經驗科學，即使像美國這樣已經做過1 054次核試驗的核大國，也沒有一套完全掌握和表達出來、並能依據它“克隆”核武器的定律和方程。核爆炸過程極其迅速，很難按時間歷程一個時刻接一個時刻地測量，在許多情況下，科學家往往只能根據爆炸產物或效應來進行推斷和估計。人們普遍看好的、在數千次大氣層與地下核試驗的基礎上而建立起來的最先進的計算機模擬，也只是對實際核爆情況的逼近，但的確是核禁試後繼續發展先進核武器的可靠柺棍。1995年，美國開始實施“提高戰略運算能力計劃”（ASCI），力圖使人們有能力模擬熱核爆炸的全方位三維爆炸。現在洛斯阿拉莫斯實驗室的計算機運算能力已達100萬億次/秒，在某種程度上說，這也許是地球上最強悍的計算機。根據美國媒體透露，美國政府1997年曾與法國秘密簽訂協議，允許法國分享美國電腦模擬試驗得出的資料及相關資料，以提高法國研發新型核武器的能力，加之美國與英國早就簽過類似的協議，這就意味著美、英、法三個西方核國家將連成一體。

由於核武器材料的特殊效能以及結構的嚴格要求，為了確保核武器的安全性和可靠性，各有核國家都使出各自的高招，花費巨大的人、財、物投入不說，還要承受來自國際社會、特別是各種和平與環保組織的壓力。1999年10月13日，美國參議院以51票對48票的表決結果否決了批准《全面禁止核試驗條約》的決議案（該條約是1996年9月第50屆聯合國大會透過的）。這是自1919年美國參議院否決《凡爾賽和約》以來，美國國會第一次拒絕批准一項重要的國際安全條約。對於這一逆潮流的舉動，引發國際社會的義憤是理所當然的，但也從另一個側面說明要有效地維護核武器的效能是何等的困難，要付出何等的代價。事實上，自1994年以來，美國已先後建立了多處模擬核爆炸的設施。其中國家點火工程，主要用於研究氫彈的核聚變過程；國家鐳射中心，主要用於在不引爆情況下測試核武器；雙軸X射流流體力學設施主要用以拍攝次臨界狀態的核爆過程。即使如此，他們還是無法從根本上擺脫對核試驗的依賴。

製造原子彈的核裂變材料主要有鈾235和鈽239兩種。天然鈾礦石不僅稀有而且極難提煉（加拿大和澳大利亞是世界上第一和第二大產鈾國，2003年的鈾礦石產量分別達到1 234萬和907萬千克）。天然鈾礦石中鈾235含量僅有0。7％，其餘都是不能發生鏈式反應的鈾238。從天然鈾礦石中提取鈾235，首先要把鈾238分離出去，再不斷提高鈾235的濃度，對其進行“濃縮”。鈾235的濃縮過程是一個非常複雜的系列工藝流程，需要很高的科技水平。鈾235和鈾238的化學性質幾乎完全相同，無法進行化學分離，只能採用離心法、氣體擴散法和鐳射法等物理學方法進行濃縮。要想得到一千克鈾235，需從鈾礦石中提煉出140千克純金屬鈾，而鈾礦石的需要量則更大，至少是200多噸。這要經過探礦、開採、選礦、浸礦、煉礦、精煉和最後濃縮分離等一系列生產過程。可想而知，即便是本國有鈾礦資源，要得到含量達93．5％以上的鈾235核武用鈾，還需要一個何等龐大的工業體系來支援。

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