浅谈工程物理INTRODUCTION TO ENGINEERING PHYSICS
王凯,矫金龙,陈海
摘要(Abstract)：
为了继承发扬王淦昌先生“以身许国”的精神，浙江大学物理学系2018年起开设“工程物理导论”课程，将涉及核武器的公开物理原理和我国研制核武器的历史特别是老一辈科学家科学报国的精神有机融合在课堂教学中。工程物理是一门典型的交叉学科，一方面核结合能的释放是一个微观核物理过程，而要得到宏观效应则是一个典型的非平衡态统计物理的输运问题，因此，涵盖了核物理、原子物理、中子输运、等离子体物理等一大批学科方向。课程以培养物理学专业的学生对大科学工程和工程科学的理解为目标。为纪念王淦昌先生诞辰115周年，我们将课程讲义的导论部分整理修改形成了此文。
关键词(KeyWords)： 原子弹;氢弹;核武器模拟;核反应堆
基金项目(Foundation):
作者(Author): 王凯,矫金龙,陈海
参考文献(References)：
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- (1)迈特纳作为奥地利籍犹太人,被迫在1938年7月逃到瑞典,哈恩与迈特纳仍然通过信件讨论实验进展。
- (2)随着核裂变的消息放出,很快费米、约里奥·居里等科学家均意识到铀的裂变可以用于希拉德提出的链式反应,不过希拉德担心链式反应的军事潜力被纳粹德国利用,劝说了费米、约里奥·居里不发表关于裂变链式反应的想法。希拉德同时告诉爱因斯坦对德国启动核计划的担心。事实证明,德国科学家们也意识到核裂变链式反应的巨大军事潜力,纳粹德国也开始了核计划。1939年8月爱因斯坦受希拉德影响致信美国总统罗斯福提出为了与纳粹德国抗衡,美国政府应关注这一新的物理现象以及潜在的军事应用,推动美国启动名为“曼哈顿计划”的核武器研制计划。
- (3)事实上只有铀235和钚239成为了主流的核武器燃料。铀233虽然是裂变材料,但是通常不能用做武器。铀233来自于钍232的吸收反应(n,γ)再经过两次β衰变,在反应中伴生由钍231产生的铀232,铀232的自发衰变过程释放高能γ射线,对装备的电子器件和人员都有影响,不利于装备的存放。武器级铀233中要求铀232含量低于50ppm,这极大地提升了同位素分离的成本。这些困难在商用核反应堆中却并不突出,因此混合钍232的增殖堆对能源是可用的。鉴于钍232不能低成本的被用来生产武器,从防止核武器扩散的角度,钍232反应堆具有显著的优点。
- (4)该反应也是利用核反应堆生产氚的途径。
- (5)可控释放核聚变能的核聚变反应堆,如磁约束核聚变的托克马克、仿星器等装置,仍然处在试验堆阶段,面临大量等离子体物理基础科学问题需要攻关。
- (6)https://www.llnl.gov/news/national-ignition-facility -achieves-fusion-ignition.
- (7)https://www.llnl.gov/news/national-ignition-facility -achieves-fusion-ignition.
- (8)反应堆中子增殖不大的原因可能是空间中的中子溢出,也可能是其他材料对中子的吸收等。
- (9)例如空天应用的核反应堆,通常燃料丰度均在90%以上。
- (10)VOSS S S.TOPAZ II System Description,United States,1994,https://www.osti.gov/servlets/purl/10120556.