都说原子弹是用算盘打出来的,那么这些科学家到底在计算着什么?

2021-11-25 17:04:37 文章来源:网络
  《横空出生》是一部关于我国第一颗原子弹的电影,它让我们感受到了激情澎湃的时代,也让我们热泪盈眶。电影中有一个让我们记忆深刻的片段,一群科学家在一个简单的办公室里用算盘快速计算数据。都说原子弹是用算盘打出来的,那么这些科学家在算什么呢?
  原子弹的基本原理
  原子释放核有两种方法:核裂变和核聚变。原子弹使用核裂变。在核裂变中,一个较大的原子通过中子轰击分裂成几个较小的原子,质量损失转化为能量。
  铀是原子弹的主要材料。铀在自然界中主要有两种同位素:铀238和铀235,其中铀235只占0.7%。铀235是裂变的主要材料。当它受到中子的轰击时,它会分裂成钡和氪,释放能量,同时释放2~三个中子继续撞击其他铀235。在这样的往复循环下,原子弹发生核链反应,产生巨大的能量。
  然而,铀238也会吸收中子,但它不会继续产生中子来撞击其他铀同位素。因此,铀238会阻止链式反应,因此需要净化铀原料。一般来说,武器级铀至少含有90%%以上铀235.
  尽管我们已经了解了原子弹的基本原理,但这对原子弹的制造仍然是不够的。我们还需要知道维持链式反应的临界质量,这与铀的丰度、半径、质量和爆炸方法有关。
  这部分计算非常困难,因为这些方程往往是多维微分方程。众所周知,偏微分方程在代数上是无法求解的,只能通过数值来计算。计算过程也很复杂,必须通过矩阵递归来求出近似解。为了获得更准确的解决方案,叠加的精度必须足够小,但这也导致工作量的增加,因为收敛必须经过更多的循环。
  没有现代计算机,实施上述计算非常困难。所以很多科学家用算盘组成一台人力计算机,每个人负责一个点的计算,最后总结一下就能得到我们想要的结果。这就是为什么很多科学家聚在一起打算盘。
  假如原子弹全靠算盘打出来,的确有点偏概全,因为那时我们已经有了电脑。这些计算机也是在科学家日以继夜的研究中制造出来的。然而,计算机的资源是有限的,我们只在一些关键计算中使用计算机。
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