核武器是人類研制的最精密武器系統(tǒng)。
雖然最原始的原子彈采用核裂變元素,只要超過臨界體積就可以完成鏈式反應。但是因為真正可以使用的核武器,遠遠沒有這么簡單。
核武器威力巨大,必須極端可靠,只有扔到敵人的頭上,解除保險才會爆炸,在自己家里無論如何都不允許爆炸。
現(xiàn)代核武器的安全系數(shù)極高,從飛機上掉到地上也不會爆炸,用火燒、炸藥炸都不能起爆。在有核國家中,只有5個常任理事國具有核武器的可靠投送能力。而這種投送能力體現(xiàn)在儲存安全、事故安全、以及正常起爆等各個方面。
1968年美國一架載有4顆氫彈的轟炸機在丹麥墜毀,氫彈掉到地上,只是引起了彈體破裂造成了核污染。
中國1964年試爆了第1顆原子彈,1967年第1顆實用的氫彈用強5空投成功。到1996年7月29日,中國進行最后1次地下核試驗,隨后中國政府宣布暫停核試驗。
我國一共進行了45次核試驗,遠少于美國的1054次和前蘇聯(lián)的715次。
1996年之后,我國沒有進行過地下核試驗。這說明中國已經(jīng)有能力在計算機上模擬核試驗并且進行改良設計,但是這并不意味著不需要進行實物試驗。
從物理學的角度,核爆炸的過程是一個流體力學的過程。流體力學是一個半經(jīng)驗和半理論的科學,即使用計算機模擬也要結(jié)合實物模型,所以仍然需要進行實際測試。
但是,這種實際測試往往是用低當量裝藥,或者是常規(guī)炸藥來模擬核爆炸的過程,來檢驗核武器的設計以及安全可靠性。
通常情況下,這些爆炸的裝藥量都很少,從幾十公斤到幾噸都有。5大常任理事國應該都在做這樣的實驗。
這些實驗往往是秘而不宣的,所以也不知道哪個國家做了多少次,而且也沒有辦法監(jiān)測。
用于監(jiān)測地下核試驗的是廣布于全球的地震監(jiān)測網(wǎng)絡,因為地下核試驗引發(fā)的地震波是在地表傳播的,而不是在地層深處,就是用這種方法來區(qū)分地震和核爆炸。
但是當量太小的情況下,會被各種意外事故的雜波所掩蓋。比如說一棟樓房倒塌,一個隕石撞在地上,一個汽車從橋上掉到橋下,甚至一個人跳樓摔在地上,都會引起地震波的傳播。
除了用常規(guī)炸藥模擬核爆炸以外,還有一種檢驗核武器,并且改良設計的方法是必不可少的。這就是激光核聚變試驗。
美國的激光核聚變實驗被稱為國家點火裝置,中國的被稱為神光裝置。
通常是把一個裝有核聚變材料的小玻璃球放在靶室中間,用上百束激光照射這個玻璃球,形成高溫高壓來點燃核聚變材料,一次釋放的當量大概相當于一公斤TNT爆炸。
每一次激光核聚變試驗,都是真正意義上的小當量氫彈爆炸。
以上兩種試驗形成的數(shù)據(jù),經(jīng)過超級計算機處理以后,就可以在計算機上進行仿真的核武器爆炸實驗。
5個常任理事國都具備這樣的能力,所以很長一段時間里面,這5個常任理事國都沒有進行過可被監(jiān)測到的核試驗。
中國和美國是世界上超算最多的國家,超算的水平是在交替領先過程中。目前中國超算排名第一的是神威太湖之光,峰值運算速度是12.5億億次。按照核武器設計的通常觀點,速度超過10,000億次的計算機就可以模擬核爆炸。
所以,從目前全球超算的運算速度來看,5個核大國用計算機模擬核爆炸在理論上是完全沒問題的。
但是,用小規(guī)模爆炸采集的數(shù)據(jù),放大到大規(guī)模的核爆炸,比如說用5公斤的爆炸來模擬50萬噸級別的爆炸,要經(jīng)過一個雷諾數(shù)的轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換的過程中會出現(xiàn)失真的情況。實驗值和設計值相差越大,失真的情況越嚴重。
這是人類物理學中的一個理論性的問題,是沒有辦法通過提高計算機的運算速度來彌補的。
這個問題出現(xiàn)在所有的流體力學實驗中,如飛機在進行風洞實驗的時候,得到的數(shù)據(jù)只能夠在大概的情況下模擬飛機在空中飛行的真實狀況。
風洞越大,實驗模型的尺寸就越大,準確性就越高。大型的風洞不僅設計和建造非常復雜,而且所耗用的電量也很多。所以只有中、美、俄有大規(guī)模的風洞群。
絕大部分真實的飛機尺寸都很大,全尺寸的飛機模型不可能塞進風洞里面。因此,飛機進行過風洞實驗以后,仍然要在天上試飛過很久,然后才能夠進行裝備。
所以,不進行核彈的實爆試驗,僅通過小當量的實驗加超算模擬的方法來設計核武器,是有問題的。因為5大國都有默契,誰也不首先進行實彈試驗,所以這個問題就一直拖在這里。
前一段時間,美國就一直叫囂要重新進行全當量核試驗。但是美國也沒有真正的這么做,因為美國一旦這么做,其他幾個國家就會跟上來。