新聞報道，日本福島第一核電站的第3 機組終於出亂子了，這是6 個機組中唯一用來提煉鈈(鈽)的堆芯，灌了海水後冒出黑煙，地下積水泄漏的輻射高達正常的10,000 倍，已有多個工人受輻射傷害，其中兩個進了醫院治療。核電站用過的燃料棒，浸在冷水池中，不運走再處理或掩埋，囤積在機組內，顯然有備製鈈彈的野心，可以說是自食其果。無論這次9 級地震及随之而來的大海嘯，是否深海核彈試爆引起，日本都付出了沉重代價。我們這些科學門外漢，還是聽聽專家的見解：
There is a balanced view of this subject.
丘宏義 Chiu Hong-Yee. Chiu is a well known astrophysicist and writer in both technical as well as other topics. His most recent publication is "The Real China" available from Amazon. Hong-Yee explained the 3 types of nuclear bombs and translated into Chinese for us laymen to understand. Hope his email can clear up some of the talks on the internet.
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(a) The claim that Japan has a lot of plutonium is true. However, the statement that Japan has enough plutonium for 4000 nuclear bombs is too exaggerated, because it takes around 90 KG (kilograms) of plutonium to make a nuclear bomb (hydrogen or thermonuclear bomb, which makes nuclear bombs pale, requires U 235 bomb as trigger; plutonium bomb cannot trigger thermonuclear reactions). 4000x 90 KG = 360,000 KG = 360 tons of plutonium. The nuclear energy content is approximately 100,000 to 1,000,000 more potent than chemical energy. 360 tons of plutonium is equivalent to 360 million tons of coal. I do not think Japan has produced that much nuclear energy to make that much plutonium in the past 30 years (say).
(b) Most of the plutonium is still in the spent nuclear fuel rods which have been stored in water tanks, because Japanese government has no operational fuel reprocessing plant yet. Japan has planned for one, but the plan was stalled for political reasons and when it was finished two years ago, it had technical difficulties and does not work yet.
(c) Having that much plutonium locked in spent rods does not mean they have the weapon grade plutonium yet. (It is just like China has zillions of coal, but most are still underground, and has not been mined yet).
Below is the Chinese version.
核彈大概情況.
有三種核彈. 一種是 plutonium , Pu 或稱鈈彈, 一種是鈾彈, U235用, 另一種是氫彈. 先討論前二種. 氫彈是鈾彈的衍生. 會略述.
鈾 U有兩種同位素, U 238 (約99%) 及 U235 (約1%). 製核彈需要 U 235 . 因此要加以提煉, 或分離, 有兩種方法. 一是用擴散法, 另一是用離心機法.
擴散 Diffusion 法, 把鈾變成 鈾化氟 UF2. 這是一種氣體. 在微孔的陶瓷中通過後, 鈾235 較有利, 易通過. 反覆通過後可以提煉出幾乎純鈾235.核反應器只要 10 % 濃度的鈾235 就行. 而製造武器要 90%純度.
美國及中國用擴散法, 可是廠佔地大, 是很明顯的攻擊目標. 用的微孔陶瓷要特別製造, 除非有工業基礎, 不易做.
也可以用離心機 centrifuge , (離心的理論是發明電子方程的著名狄拉克 Dirac 在戰時建立的.), 可是每日產量少, 為 10 毫克 (1/100 克). 要數萬台的離心機才行. 可是離心機零件易購.
伊朗選擇離心機, 一則是工業能力問題, 二則是, 離心機可以分佈全國各處, 敵人(美國及以色列) 不易全部摧毀.
可是分離 U235 來製核武的野心不止於鈾核彈. 鈾核彈可以引炸detonate氫彈 (用 DT 反應, D氘 T氚, 都是氫的同位素).
中國第一次引炸核彈後, 我的教授貝特 Hans Bethe (在二戰時製核彈工程中是理論部門的領導)立即宣稱, 中國的氫彈立刻會出現. 果然不錯.
而由於物理上的原因, 鈈彈不能用來引炸氫彈.要引炸核彈, 必需在很短時間內把 U 或 Pu 聚合超過臨界質量 critical mass. 在鈾彈, 此質量約為 90 公斤 (kg). (鈾的密度比黃金只大一點, 因此不太大) 用 U 235, 要在千分之幾秒內聚合.
最早用的聚合法, 用在廣島的核彈上, 是用一枝槍, 把一枚鈾槍彈射入一個幾乎達到臨界質量的 U235. 這樣的”爆炸效率” (指能爆炸的 U235)不高, 約為 10%. 可是仍有 20,000 噸黃色炸藥 TNT之量. (現在用內炸法,下面略述)
現在談鈈彈. 鈈239是鈾核子反應的產物. 鈾238 吸收一個中子就變成 鈈239. 可是在產生過程, 也產生了 鈈240. 而鈈 240是核彈的”毒素”, 即會使鈈彈過早爆炸 premature explosion, 因此降低”爆炸效率”. 如果用槍擊法, 就我所臆測, 效率為 0.01%.
鈈彈的爆炸力和 化學炸藥一樣. 因此鈈彈要用另一方法, 即內炸法. 把一個鈈球外面放滿炸藥,同時向內炸去, 把鈈球壓縮到超臨界質量, 才能爆炸.
壓縮的時標為微秒(百萬分之一秒)上下.(要引均勻內炸還不太容易, 要選兩種炸藥, 一快, 另一稍慢. 最早用的是苦味酸 picric acid (較慢)及 TNT (較快). 用了適當的比例及形狀才行. 傳說是, 中國科學家們在沙漠練習好幾個月才研究出來.
現在用電腦, 是輕而易舉的工作. 要一起引炸, 要用到很快反應的引炸器 fuse 用到 Xenon discharge tube. 好幾位華人及巴基斯坦人想要偷運出去被捕入獄.)
一般產能的核反應器產出的鈈中 Pu240 的含量很高. 內炸法還不夠快. 製 Pu240含量低的鈈239, 要特別的核反應器才行. 最近北朝鮮引炸鈈彈, 用的是產能的普通核反應器(上圖), 鈈240 含量大約相當高, 因此 爆炸威力僅有 500 噸 (廣島的威力的 0.025 倍, 即1/40). 可是我的歐洲同僚仍然很驚奇, 居然能引炸.
因此, 普通核反應器產生的鈈只能用來做產能的反應器燃料. 要做武器的鈈的核反應器一定要特製, 用來產能不太行, 而且目標很大.
核彈的技術已經為人所知, 問題是材料, 及工業基礎, 及相當數量的物理學家.
我對鈈鈾的核燃料不太清楚, 因此不能斷定是否產出的鈈可以用來做核彈. 可是日本一直要造核燃料再生廠 reprocessing plant, 到最近才有眉目.
日本非常官僚, 講了十年, 大前年才造好, 可是有技術問題, 一直不能開工. 因此, 所有用過的核燃料都堆積在一起, 而其中輻射極強, 產熱能很多, 要放在水中以防溫度過高, 因此有現在的問題.
日本雖有不少的鈈, 可是還沒從用過的核燃料中提煉出. 因此大約不會有鈈彈. 而氫彈之說大約是無稽之談. 再者, 鈈彈和氫彈相比, 就如玩具氣槍和真槍相比一樣. 無濟於事. (氫彈和普通核彈比, 威力大50 倍以上, 並無理論限制.)
像日本這樣工業先進的國家, 要造一定要造氫彈. 可是造氫彈的技術很高, 要氚 tritium, H3. 目標很大. 耗資很多. 還有, 鈈彈的理論很建全, 可以不要試爆, 氫彈一定要試爆, 因為很複雜.
我要申明, 我最恨日本, 一直到最近, 我買的車都是美國車, 而我買的日本車, 其中 85% 都是在美國造的, 我才買. 因此, 我不是替日本辯護, 只是希望不要把這些謠言(如氫彈引發的地震)擴大. 在海底引發氫彈是不可能的, 因為菌狀雲一定高達數萬尺高空, 全球都會量到輻射元素了. 我想日本有核彈之說不太可靠, 而氫彈更不可能, 因為日本沒有提煉 U235 的廠, 而氫彈需要大量的氚, 是氫的輻射性同位素, 製造要在特別的核反應器中製造.
There is a balanced view of this subject.
丘宏義 Chiu Hong-Yee. Chiu is a well known astrophysicist and writer in both technical as well as other topics. His most recent publication is "The Real China" available from Amazon. Hong-Yee explained the 3 types of nuclear bombs and translated into Chinese for us laymen to understand. Hope his email can clear up some of the talks on the internet.
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(a) The claim that Japan has a lot of plutonium is true. However, the statement that Japan has enough plutonium for 4000 nuclear bombs is too exaggerated, because it takes around 90 KG (kilograms) of plutonium to make a nuclear bomb (hydrogen or thermonuclear bomb, which makes nuclear bombs pale, requires U 235 bomb as trigger; plutonium bomb cannot trigger thermonuclear reactions). 4000x 90 KG = 360,000 KG = 360 tons of plutonium. The nuclear energy content is approximately 100,000 to 1,000,000 more potent than chemical energy. 360 tons of plutonium is equivalent to 360 million tons of coal. I do not think Japan has produced that much nuclear energy to make that much plutonium in the past 30 years (say).
(b) Most of the plutonium is still in the spent nuclear fuel rods which have been stored in water tanks, because Japanese government has no operational fuel reprocessing plant yet. Japan has planned for one, but the plan was stalled for political reasons and when it was finished two years ago, it had technical difficulties and does not work yet.
(c) Having that much plutonium locked in spent rods does not mean they have the weapon grade plutonium yet. (It is just like China has zillions of coal, but most are still underground, and has not been mined yet).
Below is the Chinese version.
核彈大概情況.
有三種核彈. 一種是 plutonium , Pu 或稱鈈彈, 一種是鈾彈, U235用, 另一種是氫彈. 先討論前二種. 氫彈是鈾彈的衍生. 會略述.
鈾 U有兩種同位素, U 238 (約99%) 及 U235 (約1%). 製核彈需要 U 235 . 因此要加以提煉, 或分離, 有兩種方法. 一是用擴散法, 另一是用離心機法.
擴散 Diffusion 法, 把鈾變成 鈾化氟 UF2. 這是一種氣體. 在微孔的陶瓷中通過後, 鈾235 較有利, 易通過. 反覆通過後可以提煉出幾乎純鈾235.核反應器只要 10 % 濃度的鈾235 就行. 而製造武器要 90%純度.
美國及中國用擴散法, 可是廠佔地大, 是很明顯的攻擊目標. 用的微孔陶瓷要特別製造, 除非有工業基礎, 不易做.
也可以用離心機 centrifuge , (離心的理論是發明電子方程的著名狄拉克 Dirac 在戰時建立的.), 可是每日產量少, 為 10 毫克 (1/100 克). 要數萬台的離心機才行. 可是離心機零件易購.
伊朗選擇離心機, 一則是工業能力問題, 二則是, 離心機可以分佈全國各處, 敵人(美國及以色列) 不易全部摧毀.
可是分離 U235 來製核武的野心不止於鈾核彈. 鈾核彈可以引炸detonate氫彈 (用 DT 反應, D氘 T氚, 都是氫的同位素).
中國第一次引炸核彈後, 我的教授貝特 Hans Bethe (在二戰時製核彈工程中是理論部門的領導)立即宣稱, 中國的氫彈立刻會出現. 果然不錯.
而由於物理上的原因, 鈈彈不能用來引炸氫彈.要引炸核彈, 必需在很短時間內把 U 或 Pu 聚合超過臨界質量 critical mass. 在鈾彈, 此質量約為 90 公斤 (kg). (鈾的密度比黃金只大一點, 因此不太大) 用 U 235, 要在千分之幾秒內聚合.
最早用的聚合法, 用在廣島的核彈上, 是用一枝槍, 把一枚鈾槍彈射入一個幾乎達到臨界質量的 U235. 這樣的”爆炸效率” (指能爆炸的 U235)不高, 約為 10%. 可是仍有 20,000 噸黃色炸藥 TNT之量. (現在用內炸法,下面略述)
現在談鈈彈. 鈈239是鈾核子反應的產物. 鈾238 吸收一個中子就變成 鈈239. 可是在產生過程, 也產生了 鈈240. 而鈈 240是核彈的”毒素”, 即會使鈈彈過早爆炸 premature explosion, 因此降低”爆炸效率”. 如果用槍擊法, 就我所臆測, 效率為 0.01%.
鈈彈的爆炸力和 化學炸藥一樣. 因此鈈彈要用另一方法, 即內炸法. 把一個鈈球外面放滿炸藥,同時向內炸去, 把鈈球壓縮到超臨界質量, 才能爆炸.
壓縮的時標為微秒(百萬分之一秒)上下.(要引均勻內炸還不太容易, 要選兩種炸藥, 一快, 另一稍慢. 最早用的是苦味酸 picric acid (較慢)及 TNT (較快). 用了適當的比例及形狀才行. 傳說是, 中國科學家們在沙漠練習好幾個月才研究出來.
現在用電腦, 是輕而易舉的工作. 要一起引炸, 要用到很快反應的引炸器 fuse 用到 Xenon discharge tube. 好幾位華人及巴基斯坦人想要偷運出去被捕入獄.)
一般產能的核反應器產出的鈈中 Pu240 的含量很高. 內炸法還不夠快. 製 Pu240含量低的鈈239, 要特別的核反應器才行. 最近北朝鮮引炸鈈彈, 用的是產能的普通核反應器(上圖), 鈈240 含量大約相當高, 因此 爆炸威力僅有 500 噸 (廣島的威力的 0.025 倍, 即1/40). 可是我的歐洲同僚仍然很驚奇, 居然能引炸.
因此, 普通核反應器產生的鈈只能用來做產能的反應器燃料. 要做武器的鈈的核反應器一定要特製, 用來產能不太行, 而且目標很大.
核彈的技術已經為人所知, 問題是材料, 及工業基礎, 及相當數量的物理學家.
我對鈈鈾的核燃料不太清楚, 因此不能斷定是否產出的鈈可以用來做核彈. 可是日本一直要造核燃料再生廠 reprocessing plant, 到最近才有眉目.
日本非常官僚, 講了十年, 大前年才造好, 可是有技術問題, 一直不能開工. 因此, 所有用過的核燃料都堆積在一起, 而其中輻射極強, 產熱能很多, 要放在水中以防溫度過高, 因此有現在的問題.
日本雖有不少的鈈, 可是還沒從用過的核燃料中提煉出. 因此大約不會有鈈彈. 而氫彈之說大約是無稽之談. 再者, 鈈彈和氫彈相比, 就如玩具氣槍和真槍相比一樣. 無濟於事. (氫彈和普通核彈比, 威力大50 倍以上, 並無理論限制.)
像日本這樣工業先進的國家, 要造一定要造氫彈. 可是造氫彈的技術很高, 要氚 tritium, H3. 目標很大. 耗資很多. 還有, 鈈彈的理論很建全, 可以不要試爆, 氫彈一定要試爆, 因為很複雜.
我要申明, 我最恨日本, 一直到最近, 我買的車都是美國車, 而我買的日本車, 其中 85% 都是在美國造的, 我才買. 因此, 我不是替日本辯護, 只是希望不要把這些謠言(如氫彈引發的地震)擴大. 在海底引發氫彈是不可能的, 因為菌狀雲一定高達數萬尺高空, 全球都會量到輻射元素了. 我想日本有核彈之說不太可靠, 而氫彈更不可能, 因為日本沒有提煉 U235 的廠, 而氫彈需要大量的氚, 是氫的輻射性同位素, 製造要在特別的核反應器中製造.
