文｜树新蜂
冷战结束后的好莱坞电影中常常出现这样一幕：核武器相关的事物及人员流入黑市，被恐怖分子获得。世界和平岌岌可危，（通常是）纽约人民命悬一线，于是主角踏上摧毁敌人的罪恶计划及肉体的英雄之路。
《True Lie》 https://www.youtube.com/watch?v=dcM3s1df3Fw
看得多了，就会发现一个奇怪的地方——所有的恐怖分子都是去买核弹，很少有自己「制造」的。
考虑到人类试爆第一颗核弹已过去70多年，非常详细介绍原子弹原理和制造方法的资料，在互联网上随手可得。仿佛只要敢想敢干，在自己后院或者车库偷偷造上一颗并不算什么难事。
Vol.057原子弹制造指南 回形针 https://www.youtube.com/watch?v=q5r22Wl6cWg
然而，事实并非如此，制造核弹的难度远超人们想象。这可以从「精炼核原料」和「起爆装置」两个部分去解释。

原料精炼太难

早期的核物理学家通过理论计算，已经预先知道核武器进入起爆，也就是超临界状态的条件是铀-235纯度达到90%以上。
但是天然的铀矿中的铀-235只占0.7%。为了提纯铀-235，人们就提出了各种浓缩提纯的方法。相较于最新的激光分离法，一些「老式」方法都有着这样或者那样的缺点，但因为资料早已公开解密，因此大部分非核国家和个体有可能使用的也只有这几种方法。
下面就一一说明每一种方法对于恐怖分子而言的「不可能」之处。

电磁分离法

这种方法与质谱仪的原理相同，也就是通过原子荷质比不同的粒子，在进入磁场后偏转的半径不同，从而达到分离的目的。
带电粒子在磁场中的偏转
1942年，厄内斯特·劳伦斯教授（Ernest Orlando Lawrence）最早提出了这种方法，并发明了电磁型同位素分离器。
Ernest Orlando Lawrence
橡树岭国家实验室
虽然由于其生产效率太低，难以适应大型工业化生产，在后来被淘汰，但在当年，这是美国唯一可以采用的有效分离方法。
当时的橡树岭国家实验室曾经有一座大型电磁分离设施，美国为此投入人力近25000人，分离器超过1100台，绕制线圈用银约15000吨。如此巨大的投入，每天的产能却只有几克，4年才累计出一枚原子弹的核原料。
可以看出这种低效高投入的方法，不论是其生产周期、资源消耗还是人力调配，都不是恐怖分子或是普通国家能够接受的，更加无法做到悄无声息的生产。

离心分离法

这种方法利用了质量不同的物体，在做相同角速度的圆周运动时，所受的离心力也不同，从而分离出铀-235，或是其他同位素。
这种方法的问题是，分离所需的转速高达每分钟4万至6万转，因此极大限制了离心机的重量、尺寸和能力，同时又对机器的稳定性要求很高，也就是说其机械制造技术并不简单。
伊朗的核浓缩计划正是使用了这种技术。他们通过将数个离心机多级联组，昼夜不停的运转了十几年，大概生产出了不到10公斤，浓度仅为20%的铀-235。
一台离心机的局部剖视图。当六氟化铀气体被立式离心机以40000到60000/分的转速旋转时，铀-235趋向于在轴的附近浓集。
多级联组离心机
总之还是效率太低，周期太长，消耗太多，想要偷偷搞更加困难。

气体扩散法

这种方法利用物质在某一介质中扩散速度的不同来分离铀的同位素，比如相对较轻的铀-235会比238更快的通过薄膜，也就是俗称的跑柱子。
一级扩散浓缩图
浓缩装置
浓缩级联示意图
俄罗斯国家核物理大学：气体扩散厂机群
这种方法稳定、可靠，可大规模生产，因而曾经是几个核大国普遍所采用的方法，直到在2000年左右被更先进的激光分离法所取代。
其技术也较为容易获得，然而其最大的问题就是太浪费了。
由于每次浓缩的比率不高，经过一个分离级后只能提纯百分之零点几，为了得到丰度较高的产品，就需要将许多分离级串联起来，反复进行浓缩，这被称为级联。铀-235的级联通常有几千级，其设备规模惊人的庞大，需要的动力和资源也十分惊人。
还是以美国为例，橡树岭浓缩铀工厂有4384个分离单元，耗电功率高达1700兆瓦, 相等于当时整个纽约市的耗电功率。
这对于资源丰富、财大气粗的美国来说自然不是问题。但是对比1991年的伊拉克，其全国装机总容量为9,295兆瓦，在2003年则退化为4,470兆瓦。也就是说，如果伊拉克在全盛时期想要制造核武器，仅浓缩核燃料一项，就需要消耗全国1/4的电量。
这对大部分工业化程度和能源供给能力有限的国家来说，都是难以逾越的障碍。
顺便我们再略微说说最新的激光分离法。

激光分离法

这种方法的基本原理就是：质量不同的元素，由低能级激发至高能级时吸收的光谱也是不同的。选择不同波长，经过微调后频率分布窄的激光来照射要分离的混合物。被激发后的元素在物理，或是化学性质上与非激发态的元素有所区别。利用这个特性来选择恰当的方法，使得原本难以分离的同位素变得可以分离。
科学家们研究了两种类型的激光浓缩技术：原子蒸气激光同位素分离AVLIS，和分子激光同位素分离MLIS。
原子蒸气激光同位素分离AVLIS，首先用聚焦电子束在真空环境中，把铀金属锭局部加热到3000℃，使其气化得到铀-235和铀238的混合气体。然后再用可调节式染料激光器（Tunable Dye Laser）——一种使用有机染料作为激光介质的激光发生器照射，并选择性的激发铀235使之电离。电离后的离子就可以用电磁法去收集了。
这相当于是电磁分离法的改良加强版。相较于MLIS，这种方法成本更低，而且浓缩程度高。但控制激光频段和收集成品的效率上有着相当高的技术要求。
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的原子蒸气激光分离设备

Lawrence Livermore National Laboratory: AVLIS
分子激光同位素分离MLIS，则是首先在-220℃下用氦稀释含六氯化铀气体分子，然后用16微米红外激光来激发含铀-235的六氯化铀。这种激光对普通的六氯化铀-238气体不起作用。这时再用第二台激光器，将一个氟原子从激发的六氟化铀-235上敲下来，生成五氟化铀，随后它以白色粉末的形式被回收。
用这种方法单级收集的到产品的浓度甚至不能达到核电站反应堆的要求，因此必须进行级联。由于这个原因，其成本要远高于AVLIS。
劳伦斯·利弗莫尔激光同位素分离厂的分离器示范设施
The separator demonstration facility at Lawrence Livermore's Laser Isotope separation
我们假设某个国家或者个体，神奇地获得了类似「方舟反应堆」这样的黑科技，再也不用担心资源和能耗问题；或者他们通过实验室级别的激光分离法，慢慢积攒出足够多的高纯度铀-235，他们下一步需要面临的，就是起爆装置的难题。

起爆装置太难

原子弹起爆主要的难题在于：核装料中自发裂变产生的中子或其他偶然外来的中子也可能引起链式裂变反应而造成事故，因此在储存时，必须保证核燃料处于次临界质量。而在使用时，又要求这些燃料迅速转变到超临界状态，且提供一定数量的点火中子。
这种要求可以说是让核弹感到左右为难。
尽管通过解密资料，大家都知道了这些原理和要求，如何去实现就是另外一个一回事了。
想象中精确、美妙的模型，常常遭到现实世界的疯狂打脸。比如第一颗原子弹爆炸时，由于核燃料并未反应充分，其威力远小于预期，大量的放射性物质没有反应完全，残留在环境中。甚至可以说第一颗核弹也是第一颗「脏弹」。
再以广岛的「小男孩」为例，这颗核弹采用了压拢型原子弹的构造设计，利用尾部的炸药将圆柱体内的次临界铀块像枪弹射向球形次临界铀块中间，使得铀块的质量瞬间超过临界质量而发生核爆。
听起来似乎虽然结构和原理十分简单，操作也不复杂。但实际上这颗原子弹的核装料利用率极低，仅为1.2%。64公斤的核装料，爆炸的TNT当量才1.5万吨。
想要打造你的完美核弹，就得从工程学入手改进起爆装置。人们花费了大量的人力物力进行反复测试，采集试爆后的数据。这些数据都被几大有核国家视为高度机密，绝不会随意与人分享。想要掌握核爆的数据，请自行开展核爆实验。
走到这一步，悄悄在后院造一颗核弹的计划已经差不多快破产了。
对于那些已经掌握核反应堆技术而尚未掌握核爆的国家，例如日本和德国，五常也设置了《全面禁止核试验公约》。限制这些国家对核武器进一步的研究。并且通过多种手段来监测全球的各个国家是否有进行核试验的迹象。例如非自然的放射性物残留，高能粒子辐射区域，地震波特征监测，地热能分布异常等。
总之，想要制造一颗核弹，不论从资源还是技术上讲，都是绝大多数国家和组织难以完成的任务，还随时可能暴露消息，遭到有核国家的全面制裁。
这就是为什么恐怖分子如此没有志气，总是要从黑市买核弹的原因。
当然，哪个男孩不想拥有自己的核弹呢？如果你真的有此志向，我们有一个比自己造或者黑市核弹更加轻松、愉快的建议：还是去买个已经聚满了核动力的电子产品吧。
本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容
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