美国国家点火装置（美国国家点火装置NIF）

如果把水的体积强行压缩会发什么，最后会产生什么影响？

如果一个原子有一个足球场那么大，原子核只有足球场中间趴着的蚂蚁那么大。从体积上来说，原子的体积比原子核的体积要大10,000亿倍。

而且，在原子核外围运行的电子体积是无穷小。

所以，原子中间绝大部分都是空隙，当然是可以压缩的。通常水不能被压缩，是因为原子核和电子都带电，接近的时候会产生强大的斥力（包括简并压力）。

水难以压缩，但是也不是完全不能压缩。

大家坐好，现在我们就开始压缩水的旅程，看看在高压下水到底会发生什么变化。

在1万个大气压之内，水的体积几乎不会变。

在15万个大气压下，一个1米×1米×1米的立方体水，会变成0.99米×0.99米×0.99米，水的体积只会缩小百万分之1。

这个时候什么也不会发生。

继续增大压力，加压到45万个大气压。分子之间的距离缩短，分子内部的共价键断裂。然后氢原子在液体状态下旋转，部分电子脱离原子核的束缚。这个时候水会变颜色，从透明变成了不透明和黑色。

继续加压到480万个大气压，这个压力已经超过了地球最中心的压力（380万个大气压）。

这个时候水会突然从黑色变得有光泽，核外电子变成金属中的电子，这就是所谓的金属氢。

这样巨大的压力，可以用金刚石顶砧实现。

●2017年，美国哈佛大学西尔维拉团队最终在465到495 GPa之间的压力下制造出了金属氢。

480万个大气压，是地球上机械压力能够实现的极限。

在木星的内部也有这样的压力，所以木星的内部有一大团金属氢。

但是，即使压缩到这个程度，氢原子离能够产生核聚变的程度还差得很远。

继续加压到3000亿个大气压。这就是太阳内部的压力，这个时候水的体积会缩小到原来的1%。1米×1米×1米边长的水立方体，会压缩成0.22米×0.22米×0.22米的水立方体。

如果这个时候的水（当然这个时候已经不是水了，为了方便我们仍然这样叫）仍然维持常温，仍然不会发生核聚变。

因为这个时候原子核和原子核之间的距离仍然非常巨大，而且它们之间有强大的库伦斥力。

维持3000亿个大气压的压力，同时把水的温度加热到一千五百万度，才会产生极其缓慢的核聚变。

因为不可能4个原子核同时碰在一起，只有两个原子核按照概率碰撞，每4个氢原子平均要700万年才能变成一个氦原子。

这还要借助一种所谓的隧道效应，来跳过电斥力形成的能量壁垒（隧道效应的强弱和温度有关）。

在这种情况下，0.22m×0.22m×0.22m的氢氧混合等离子浆体只能放出0.04瓦的功率。连一个LED的灯珠都点不亮。

在地球上实现如此高的压力和温度，需要借助激光的光压。

这个装置通常用来模拟核爆炸，中国的模拟装置叫做神光，美国的叫做国家点火装置。

美国国家点火装置，位于加利福尼亚州，全称为：劳伦斯利弗莫尔国家实验室美国能源部国家点火设施，简称NIF。

这个装置使用192个激光器，把光束投射到靶室中间的一个含有聚变材料的微型玻璃球上，产生极高的温度和压力，点燃聚变材料。

NIF中使用的激光束从主振荡器开始，作为一个单一的低能（红外）激光脉冲，持续时间从100万亿分之一秒到250亿分之一秒。光束被分成48个新的光束，通过单独的前置放大器，每束光的能量会提高100亿倍。

然后，这48束光束中的每一束又分成4束新的光束，被送入192个主激光放大器系统。每束光通过特殊的玻璃放大器和可调反射镜来回传输，将光束再放大约15000倍，将其波长转换为紫外线。

最后，192束光被射入直径10米的真空靶室，在1/10,000亿秒的时间内，在激光器的聚焦中心可以产生1亿度的高温和1000亿个大气压，引发核聚变。

这是人类能够制造的最高的压力和温度，只有在这种情况下，水才会爆炸。

继续增加压力，把一立方米的水压缩成半径1.68*10^-26米的小球，水会变成一个微型黑洞，就会把地球给吞掉。

美国国家点火装置激光加热时的温度是多少度？

很多读者都听说过阿基米德用镜子烧战船的故事。当时罗马帝国的军舰要攻占希腊，城里的男人大多牺牲了，只剩下一些老人、妇女和孩子。阿基米德让众人回家把镜子都拿来，聚集起上千面镜子，将反射的阳光集中对准到敌船上的一点，很快就燃起火来，烧掉了罗马战船。

这种用镜子反射光来点火的办法到今天还在使用，而且科学家将其用在最先进的核聚变反应装置上。

要使两个原子核聚合到一起产生聚变反应，首先需要克服它们之间的静电排斥力，必须从外界提供足够的能量。为此科学家们想了很多办法，其中最简单的方法就是直接将原子加热到极高的温度。

前苏联科学家巴索夫在1963年首次提出用激光引发聚变的建议，即先将聚变燃料制成很多直径1mm的靶丸，然后送进靶室，利用激光脉冲产生的超高温度使靶丸发生热核聚变反应。虽然每个靶丸释放的能量比春节晚上放的鞭炮爆炸力大不了多少，但如果在1s内连续引爆成千上万个这样的靶丸，加在一起就是不小的能量。

1968年，前苏联科学家首次采用这种方法，使得个别氚氚原子核发生聚变。但后来发现，要使聚变达到实用程度，所需激光能量必须达到几千万焦耳以上，比全世界所有电站发出的电能还要高数十倍，这显然不可能做到。

20世纪70年代，美国科学家尼库尔斯提出新的理论，认为要使激光聚变达到点火条件，除了提高激光的能量外，还要精确控制激光的照射方式，在10亿分之几秒的过程中完成一系列的点火步骤，用这种方法只需几万焦耳的激光能量就够了。此后，各国科学家重新开展了以点火为目标的激光实验。

中国自20世纪70年代开始此项研究，先后建成“神光”和“神光Ⅱ”激光装置，其中“神光Ⅱ”由激光器、激光自动准直系统、激光靶室、激光储能供电系统等组成。科学家效仿阿基米德镜子反射光的办法，通过很多玻璃镜的来回反射，将一束功率很强的X激光分成8束，然后让它们在同一时刻集中照射在靶上，在十亿分之一秒的时间内共输出6000J的能量。

目前世界上最大的激光聚变装置是位于美国加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的“国家点火装置”，它使用了3000块玻璃镜，使一束激光通过反射先分成8束，再分成48束，然后又分成192束，在这一过程中使激光的能量放大了1万倍，最后让所有激光束聚焦在很小的靶上，在十亿分之三秒的时间内发射出人类有史以来最强的激光，总能量达180万J，相当于美国所有电站所发电能的500多倍，能够将把氚氚制成的靶丸瞬时加热到1亿℃，压力超过1000亿个大气压，引发聚变反应。

氢弹的两种构型都是什么？为什么于敏的构型更厉害？

建议大家翻翻16日的的问答吧，至少会对构型有一个了解。

但这里要说的两个谣言，第一于敏构型厉害，第二只有中国有30枚氢弹。这两个信息其实都是假信息。

核弹的威力其实和构型关系不大，谈不到谁厉害和谁不厉害。达到临界值原子弹都能爆炸，达到聚变反应条件都应引发核聚变。氢弹构型上唯一的不同是达到聚变条件的容易程度和聚变材料的效率。

从效率上讲，于敏的X射线透镜构型方式的确比泰勒·乌拉姆构型要高。

由于于敏构型通过X射线聚焦造成的聚变材料聚变是初始发生在材料球的中心部位因此从理论模型上讲是更有效率的一种起爆方式。然而（就怕然而），由于工艺的问题以及原子弹爆炸后材料结构的不可控，就会导致这个X射线透镜实际上是偏离聚变材料核心的。因此这样的起爆结构依然并不能比泰勒·乌拉姆模型有绝对性的材料利用优势。

另外的一个问题点则是，大家知道于敏构型中有一个很重要的部件叫做X射线透镜，从字面意义上来说就是将分散的X射线汇聚在聚变材料核心部位的一组透镜。那么问题来了，X射线的折射率是多少？可以说是无限接近于1，也就是说穿过固体材料后X射线几乎不偏转。因此这个于敏构型的X射线透镜就根本不是一个“透镜”而是一个X射线强反射层制作的巢状结构：

是这样的！大家看到这个结构的时候应该了解X射线透镜是利用中间孔径和边缘的多层巢状结构将辐射到聚变材料球体上的X射线加强的。也就应该能够理解这样一个这样的结构其实效率并不是很高的原因了。

但无论如何，于敏构型的这个设计还是可以使聚变材料达到聚变条件的——这是一种创新设计。

只可惜，这个结构也并不是使聚变材料聚变的最完美结构。更加完美的结构是美国的国家点火装置。就是下面的这个球体：

这个球体的内部直径为10米。人在里面已经显得很渺小了。

装置启动的时候，192束高强度激光会在1纳秒内击中球心部位的氘氚小球。使小球表层离子化同时压缩球心使球心达到聚变反应的条件。小球有小？就这么大！

理论上能够释放120吨TNT当量！

再靠谱一些的X射线激光核聚变方式，其实还是于敏牵头研发的 。

有点不好意思，图不能给大家。

和美国的国家点火装置不同，中国的X射线激光核聚变项目是利用X射线激光加热金属铍球体。使之发出X射线，均匀的辐射到燃料球体上。这样比多束激光直接打靶的效率更高。

再说氢弹的另外一种构型：泰勒·乌拉姆构型。

和于敏构型不同的是，这个构型核聚变材料是圆柱形存在于弹体内的。

爆炸过程和于敏构型的差别则是利用更高的压力使得氢燃料聚变。在爆炸过程中核弹内部压力可以达到6400太帕折合大气压大约是640亿个标准大气压。在这么大的压力下，核聚变燃料开始发生聚变反应。但要注意的一点是，压力的传递其实是有时间差的。底端的聚变材料利用率不高。基本上和于敏结构的“圆心偏了”都差不多。

所以说这两种结构从世纪上讲差别并不是天差地别。其实只是速途同归的一种构型方式。

至于于敏结构得以让中国保留了世界上唯一的30枚氢弹，那么就是一个无稽之谈了。 结构并不能保证放射性材料的稳定性 。泰勒·乌拉姆方案也并不存在维护费用高的弊端。现在的氢弹内的核聚变材料并不是重水和超重水。而是氘化锂。

这里要记住一个公式

锂6加上一个中子，可以分裂成一个氦4+一个氚以及释放出5兆电子伏特的能量。

同时D+T=He+n + 17.571MeV ，你看整个反应中一点的东西其实都没浪费。而且氘化锂既提供了反应所需要的氘，又在反应过程中不断的生产氚，并且——氘化锂是一种可以长期保存的核燃料根本没有半衰期，这样何乐而不为呢？

至于国外氢弹维护成本高这件事，有。那是美国最早的氢弹。看下没有爆炸前的样子：

如果能注意到右下角坐着的人那么差不多能想到这枚氢弹的体积了吧，不仅仅如此。这枚“氢弹”重量高达62吨，真正的本体是画面左边的小锅炉。周边的设备重量达到了50多吨，其作用就是为氢弹散热。为啥要散热？——“氢弹”本体里面是液态的氘和氚。因此这种氢弹的模型叫做湿式氢弹。即便有散热设备存在，这枚氢弹也维持不了多长时间都得报废。因为液态氘分子太小，很容易透过金属壳泄露出去。

这种氢弹不仅仅是维护成本高，而且还没有办法实战，不能在打仗的时间在敌人的城市里从容的建立这种小锅炉吧？所以，湿式氢弹仅仅是为了验证聚变反应的可行性才设计的一种试验装置。维护成本当然高了。

爆炸威力——1040万吨TNT当量。但大而无用。

然而苏联在1953年8月核试验成功，爆炸了一枚40万吨当量的氢弹。这是苏联的第一枚氢弹（并不是泰勒·乌拉姆构型），爆炸当量仅仅相当于美国第一颗氢弹的零头。但取得突破的就是利用了固态氘化锂作为核聚变燃料。所以说第一枚实用型的氢弹是苏联研发成功的。由于采用了固态材料，这种氢弹叫做“干式氢弹”。后期美国跟进，英国跟进、中国跟进、法国跟进…… 现在世界上所有的氢弹其实都是干式氢弹。根本没有保存期限的问题！

再往后面说的事情就是，其实各个国家研制氢弹的专家没有一个傻子。当然，印度除外，印度固执的认为往原子弹里面加氘化锂就是氢弹，倒是催生出了一种新的核弹形式。各种构型虽然在圈外显得很神秘，但是在研究氢弹的核心圈子里其实真没那么神秘——顶多是多做几次核试验罢了。因此各种构型的优势早就开始混合了。例如现在看到的W-88核弹：

是这个样子的！大家觉得是个什么构型？如果“认真”一点点的话，是不是明天得发篇文章——《美国剽窃中国氢弹构型，要为于敏先生付专利费用》？

其实对于氢弹来说都各国的军事机密，无论是哪一种构型都是绝对的技术保密，各国都没有对外公布，而外界所获知的不过就是原理而已。我们从公开的资料来看，世界只有世界五大常任理事国拥有氢弹的制造能力，而在氢弹制造的构型上，世界上存在两种方式。

目前仅有两种氢弹的构型，一种是美国的“泰勒-乌拉姆构型”（简称“T-U构型”），而另一种就是“于敏构型”。虽然两者构型不同，但是本质上还是没有改变，都是利用初级带动次级的氢弹结构。初级一般是利用原子的裂变能量暴发出X射线，从而引爆次级和聚变氘氚材料，从而引爆氢弹。就是这样一个简单过程，但是却要有绝对的技术进行控制。其难点就在于，怎么利用核裂变产生的强大X射线来照射氘氚同位素原子。

美国所采用的是“泰勒-乌拉姆构型”（T--U构型），其结构特点就是需要研制一个保护套才行，通过圆柱体内表面的反射来聚集X射线，将其X射线能量集中到一起，从而达到引爆氢弹的目的。

而这里T--U构型的难点就是制造相对庞大的圆柱体反射结构，需要很重且很大的体积。而这又大大增加了氢弹的额外重量，这对于弹道导弹和轰炸机都有很大的限制。无法进行氢弹小型化发展，就无法实现多平台装备的局面。

而“于敏构型”则不是采用与“T--U构型”相同的方式，而“于敏构型”是采用聚集X射线的方式来达到聚焦照射的目的，而“于敏构型”的原理就是利用透镜聚焦的原理，来聚集X射线照射氘氚同位素原子，从而引发聚变。

而“于敏构型”的相对优点就是没有制造大型圆柱体结构，这就大大减少了氢弹的体积和重量，同时这样的结构相对简单，没有复杂的结构设计，并且方便制造和易于保存。这也成就了“于敏构型”的氢弹维护保养费用相对非常低，同时减少了后勤保障压力。是一种相对于其他构型来说，比较综合设计最高的氢弹构型。

于敏老先生一路走好

所以，只能说是其“于敏构型”设计是有着体型小重量轻，结构相对简单，保养方便快捷的优点。但是这并不代表“于敏构型”的氢弹就是威力最大的氢弹，这只是设计上拥有一定的优势而已，氢弹的毁灭性与构型基本无关。核武器还是不要使用的为好，多把引起用在核能源开发上更有前景！

我们知道，氢弹是利用核聚变释放能量的武器，而核聚变的引发需要很高的温度，在实际使用中，目前只能用原子弹爆炸引爆氢弹。

但是氢弹并不是简单地把原子弹（氢弹的“引信”）和氚（氢弹的“火药”）组合在一起，因为在实际引爆时，需要足够高的温度和足够高浓度的聚变燃料，才能让核聚变猛烈而持续地进行；同时，原子弹的爆炸极其猛烈，爆炸的冲击波会将其附近的一切炸得无影无踪，这会造成聚变原料在爆炸中心无法达到足够的浓度。因此，氢弹结构的设计极为复杂。

据说美国和苏联最初都研究过一种“千层饼”结构的氢弹，原子弹在中间，外面包很多层的氚化锂，原子弹一点燃，外层全部炸散，只有极少的一部分氚能够在超高温环境下完成核聚变，对聚变燃料浪费极大，而且威力大打折扣。

去核聚变美国国家点火装置视察的重要人物是谁

安妮克里彻。根据查询美国国家去核聚变的工程显示，安妮克里彻是其点火装置视察的重要人物，是整个项目的负责人，对美国去核聚变的工程具有决策和监管权力。