军阀李枭从1916开始 第382章 级联分离与临界计算

第382章级联分离与临界计算(第1/2页)

在广袤的亚洲大陆周边，旧有国际秩序的崩塌正在以一种宏大的物理破坏形式进行。缅甸的原始丛林里，大西北的远征装甲先遣队用凝固汽油和聚能破甲弹，强行在热带雨林中烧融出了一条保障物流大动脉的安全走廊。而在广阔的太平洋上，日本联合舰队与美国太平洋舰队的残存力量，正在争夺着各个岛屿的制海权。

全世界的目光都被这些硝烟、爆炸和舰队的调动所吸引。各大国的统帅部在沙盘上推演着装甲师的推进速度和战列舰的火炮射程。

祁连山脉腹地，大西北绝对禁区——第零号研究所。

这里的气温常年处于零度以下，厚重的积雪覆盖了山体的表面，掩盖了地下庞大的人工建筑痕迹。

在这个决定人类未来物理法则的战场上，难关并非深奥的核物理学，而是极度危险且繁琐的氟化学工程。

要将铀矿石中质量相差无几的铀-235和铀-238同位素分离，首先需要将固态的金属铀转化为气态化合物。在门捷列夫的元素周期表中，氟元素成为了唯一的选择。因为天然氟只有一种稳定的同位素，这意味着六氟化铀气体的任何质量差异，都完全来源于铀同位素本身。

但氟，是自然界中化学性质最活泼、最具腐蚀性的元素。

距离第零号研究所五十公里外的一处山谷中，坐落着代号为四零四的特种化工厂。

这里没有普通化工厂那种庞大的露天反应塔，所有的生产设备都被封闭在厚重的钢筋混凝土建筑内。

二月五日，清晨。四零四化工厂，氟化车间。

车间内的空气经过了严格的过滤和干燥处理。空气中不能有任何水分，因为六氟化铀一旦接触水，就会迅速发生剧烈的水解反应，生成具有极强腐蚀性和剧毒的氢氟酸气体。

交接班的时间到了。白班的生产主管老林穿上厚重的防腐蚀氯丁橡胶防护服，戴上带有独立供氧系统的全面罩防毒头盔。他推开沉重的气密门，走进了核心反应区。

夜班的主管正站在控制台前，手里拿着记录板。两人没有寒暄，直接进入了物理参数的交接程序。

“二号电解槽电压五点五伏，电流一万两千安培。无水氟化氢电解稳定，氟气产出率符合标准。”夜班主管指着仪表盘上的指针。

老林看了一眼数据，点了点头，在交接单上签下自己的名字。

他们的前方，是一排由蒙乃尔合金制造的巨大反应釜。普通的碳钢和不锈钢在高温氟气面前会像纸片一样被腐蚀穿透，只有蒙乃尔合金能够在表面形成一层致密的氟化物保护膜，抵御这种化学侵蚀。

“三号反应釜，四氟化铀粉末进料完毕。准备通入高温氟气。”操作员通过通讯器汇报道。

“开启氟气主阀门，流量设定每分钟五十升。反应釜升温至四某度。”老林下达了指令。

操作员转动着蒙乃尔合金阀门的手轮。高压氟气顺着管道涌入反应釜，与里面绿色的四氟化铀粉末发生剧烈的放热反应。

在四百摄氏度的高温下，固态的粉末逐渐转化为一种无色透明的气体——六氟化铀。

这种气体具有一种奇特的物理性质。在常温常压下，它是白色的固体结晶；当温度达到五十六点五摄氏度时，它不会融化成液体，而是直接升华变成气体。

因此，车间内所有输送六氟化铀的管道外部，都紧紧缠绕着蒸汽加热管，并在外面包裹了厚厚的石棉保温层。以确保这些气体在输送过程中始终维持在六十度以上，防止其凝华堵塞管道。

老林沿着管道巡视，手中拿着一台便携式的超声波测厚仪，定期检测管道壁的厚度。即使是蒙乃尔合金，在这种极端的化学环境下也会发生缓慢的物理损耗。

提纯后的六氟化铀气体被压入特制的耐压钢瓶中。这些钢瓶随后被装上带有恒温装置的重型卡车，在内卫部队的严密押送下，驶向几十公里外的第零号研究所。

当这些致命的化学气体抵达研究所的地下核心区时，真正的物理分离战役才刚刚打响。

巨大的地下山洞内，灯火通明。

这里没有重型机械厂那种震耳欲聋的锻打声，也没有炼钢厂的高温热浪。

充斥在空间里的，是一种单一、持续、令人产生生理不适的高频尖啸声。

那是数以万计的离心机转子同时以每分钟六万转的超高速运转时，切割残存空气发出的共振声。

在过去的半年里，大西北车削出了完美的磁悬浮底座。这种底座利用电磁场的排斥力，将离心机的转子稳稳地托举在半空中，彻底消除了机械轴承的物理摩擦和磨损，使得转子能够突破四万转的死亡临界点。

在广阔的地下大厅里，这些高达两米、直径三十厘米的圆柱形离心机，被密集地排列在钢制的台架上。它们并不是独立工作的，而是通过复杂的管道，构成了一个庞大的级联系统。

物理学的原理冷酷而精确。铀-238的原子量为238，铀-235的原子量为235。两者之间只有百分之一点二的微小质量差异。

当六氟化铀气体被注入高速旋转的离心机内部时，高达数十万个G的离心力产生了作用。

较重的含有铀-238的分子被巨大的惯性死死地甩向转子的内壁；而稍微轻一点的含有铀-235的分子，则相对地富集在转子的中心轴附近。

通过安装在转子两端的精密抽取管，中心部分富含铀-235的气体被抽出，送入下一台离心机继续提纯；而边缘部分贫化的气体则被抽出，送回上一台离心机进行再处理。

但由于两者的质量差异实在太小，单台离心机一次分离所能提高的纯度微乎其微。

为了将铀-235的丰度从天然的百分之零点七，强行提升到能够引发核裂变链式反应的武器级浓度，工程师们将数以万计的离心机通过管道串联和并联起来。

这就像是一座庞大的物理迷宫。气体在成千上万台离心机之间循环、前进、后退。每经过一级，铀-235的浓度就增加微不足道的一丝。

这是一场用海量的工业设备和漫长的时间，去对抗微观世界物理法则的持久战。

维持这数万台离心机日夜不息地超高速运转，对大西北的能源供应系统提出了前所未有的严苛挑战。

离心机内部的转子质量虽不大，但在六万转的速度下，其蕴含的旋转动能极其庞大。驱动这些转子的电动机，需要极其稳定的高频交流电。

任何电网电压的波动，哪怕是零点几秒的频率断崖，都会导致磁悬浮底座的磁场失衡。高速旋转的转子一旦失去电磁托举，就会狠狠地撞击在真空壳体上，瞬间粉碎，并引发多米诺骨牌式的连环爆炸。

两百公里外的西京市，大西北电网总调度中心。

这间占据了整整一层楼的宽阔大厅内，正前方是一面长达三十米的巨大马赛克模拟屏。屏幕上用不同颜色的灯光和线条，显示着连接关中平原所有发电厂和重工业基地的输电线路状态。

调度中心大厅里没有人大声喧哗，只有电话铃声和调度员简短有力的通报声。

电网的物理运行规则是瞬时平衡。发电机发出的电能必须在同一瞬间被用电设备消耗掉。如果用电负荷突然增加，发电机的转速就会被拖慢，导致整个电网的交流电频率下降。

值班总调度长周建国坐在一排复杂的控制台前，他的双眼死死地盯着位于控制台正中央的一块高精度频率表。

表盘上的指针稳定在五十赫兹的刻度上。

这是电网的生命线。对于祁连山深处的第零号研究所来说，这个数字的波动容忍度只有正负零点一赫兹。

时间指向下午两点三十分。

周建国桌上的红色专线电话突然响起。

“调度中心，这里是包头第三特种冶金厂。”电话那头传来急促的声音。“第一号大型真空自耗电弧炉准备起弧熔炼钛锭。申请五十兆瓦瞬间负荷冲击许可。”

周建国看了一眼马赛克屏幕上的全网负荷数据。

此时正是白天重工业生产的高峰期，几座大型燃煤发电厂的锅炉蒸发量和汽轮机进汽量都已经推到了额定上限。电网的备用容量几乎为零。

如果此时突然接入五十兆瓦的巨大负荷，发电机组的转子在巨大的电磁阻力下会瞬间减速。

周建国看着频率表。

五十赫兹。

他清楚地知道，如果在平时，电网频率短暂下降到四十九点五赫兹，普通工厂的车床顶多转得慢一点，灯泡暗一点，不会有实质性的损害。

但在今天，在祁连山深处那座吞噬电力的无底洞面前，这零点五赫兹的落差，就意味着数万台离心机的全线崩溃。

“驳回申请。”周建国的声音没有一丝感情波动。“第三冶金厂，电弧炉起弧推迟到凌晨两点用电低谷期。这是物理红线，不容违反。”

“可是周调度，这批钛锭是兵工厂急需的喷气发动机压气机叶片原料……”

“我说了，驳回！”周建国直接挂断了电话。

然而，电网的物理状态并非总能被完美预测。

下午三点十五分。

位于西京东郊的第二火力发电厂，二号五万千瓦汽轮发电机组的锅炉送风机突然发生机械故障停转。

锅炉炉膛内的燃烧瞬间恶化，蒸汽压力断崖式下跌。汽轮机失去动力，二号机组被迫紧急解列退出电网。

五万千瓦的发电功率瞬间消失。

周建国面前的频率表指针，像被重锤击中一样，迅速向左偏转。

四十九点九……四十九点八……

红色的全网低频警报灯开始闪烁，刺耳的蜂鸣声响彻调度大厅。

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“各电厂立刻开启备用机组！提升锅炉压力！”周建国抓起话筒大吼。

“备用机组并网需要时间！频率还在下降，四十九点七赫兹！”监控员的额头上冒出了冷汗。

在祁连山深处，离心机车间的稳压系统正在拼命补偿输入的电力，但磁悬浮底座的电流已经出现了微小的波动，高频尖啸声中开始夹杂着令人不安的低频杂音。

周建国没有时间等待发电机组慢吞吞的物理响应。他必须立刻、无条件地切除电网上的部分负荷，以维持发电与用电的瞬间平衡。

他打开面前控制台上的一排红色翻盖开关。

“切断西京市南区第三、第四民用配电所供电。”

“切断第一纺织厂、第二面粉厂工业馈线。”

“切断市政电车系统供电网络。”

随着他毫不犹豫地拍下一组组空气断路器的分闸按钮。

在物理空间中。

西京市南部的几个庞大居民区，电灯瞬间熄灭。繁忙的纺织厂里，上千台织布机同时停止了轰鸣。街道上行驶的有轨电车失去了动力，停在轨道中央。

超过七万千瓦的用电负荷被瞬间从电网上剥离。

大厅里的频率表指针在跌落至四十九点六赫兹的危险边缘后，终于停止了下滑，并随着负荷的切除，缓慢而坚定地回升到了五十赫兹的基准线。

周建国长长地吐出一口气，后背已经被冷汗湿透。

大西北用这种工业资源调配和绝对的优先权，保护着祁连山深处那个物理迷宫不受任何干扰。

时间在数万台离心机的日夜旋转中缓慢流逝。

二月二十日。

第零号研究所，核心收集室。

物理学家柯恩教授和赵广陵教授，穿着厚重的白色防静电服，站在一面厚达一米的铅玻璃防辐射观察窗后。

这里的气压低于外部环境，以确保万一发生气体泄漏时，气流只会向内流动。

经过长达数月的级联分离，那微薄的铀-235分子在成千上万次的循环提纯后，终于在最后一级离心机的抽取管道中，达到了百分之九十以上的惊人丰度。

高浓缩的六氟化铀气体被导入收集罐，在液氮的冷却下重新凝华成白色的固体结晶。

随后，这些比黄金还要昂贵万倍的粉末，在全封闭的手套箱内，与金属钙进行高温还原反应。

氟原子被剥离，留下的，是纯净的、散发着暗淡金属光泽的高浓缩铀-235金属球。

出于防辐射和物理隔离的安全考虑，这些只有拳头大小的金属球，被放置在一个深达十米的巨大高纯度去离子水池的底部。

水不仅是良好的中子减速剂，也是极佳的辐射屏蔽层。

地下室内没有开大灯，只有几盏昏暗的应急指示灯。

柯恩和赵广陵透过铅玻璃，向下方的深水池望去。

在清澈见底的水池深处，那几颗看似普通的金属球，并没有安静地沉睡。

由于铀-235是放射性同位素，它在衰变过程中会持续释放出高能带电粒子。

当这些高能粒子以极高的速度穿透周围的冷却水时，发生了一种违背人类直觉的物理现象。

在真空中，光速是宇宙的绝对速度上限。但在水这种透明介质中，光的传播速度会降低到真空光速的四分之三左右。

而铀-235释放出的高能带电粒子，其运动速度虽然低于真空光速，但却高于光在水中的传播速度。

当粒子的速度超过其在介质中的光速时，就会产生一种类似于超音速飞机突破音障时产生的声爆现象——光学激波。

这种物理现象，被称为切伦科夫辐射。

在肉眼的观测下，它表现为一种极其诡异、纯粹、没有任何杂质的幽蓝色光芒。

这蓝光在黑暗的深水池底部静静地绽放，没有任何声音，没有任何热量的扩散，却透着一种令人毛骨悚然的美丽与致命。

柯恩教授的双手紧紧地抓着控制台边缘，指关节因为用力而泛白。他的身体在微微颤抖。

“物理学的真理。宇宙最底层的能量密码。”柯恩喃喃自语，眼神中充满了敬畏与恐惧。

赵广陵站在一旁，看着那幽蓝的光芒，深深地吸了一口气。

高浓缩铀的成功提取，意味着大西北已经跨过了核武器制造在工程学上的最大门槛。潘多拉魔盒的钥匙，已经握在了手里。

但这仅仅是第一步。

拥有了武器级的核装药，并不等于拥有了核武器。如何让这些核材料在特定的瞬间发生不可逆的链式反应，释放出毁灭性的能量，还需要经历严酷的数学与理论物理计算。

研究所的另一端，理论计算部。

这里没有化学气味，也没有离心机的噪音。这是一间宽敞的地下大厅。

大厅的中央，摆放着几十张宽大的办公桌。桌子上堆满了厚达半米的草稿纸、对数表、计算尺以及各种物理常数的图表。

几十名来自各大高校的顶尖数学家和理论物理学家，在这里进行着一场没有硝烟的算力战争。

由于经常需要近距离接触那些处于次临界状态的放射性样本进行中子截面测试，为了防止长期的低剂量辐射伤害，这些学者们都在工作服外面套上了一层厚重的铅制围裙。

这种物理上的沉重负荷，让每一次移动和转身都变得异常艰难。

大西北目前还没有发明出电子计算机。所有的复杂物理方程解算，完全依赖于人脑和机械。

办公桌上，放置着一排排沉重的布伦斯维加机械手摇计算机。这些由黄铜齿轮和数字拨鼓组成的精密机器，是大西北仿制德国技术的产物。

理论部的任务，是设计出一套完美起爆的枪式核装置。

核裂变的物理原理是，当一块裂变材料的质量超过其临界质量时，内部产生的中子数量将大于逃逸的中子数量，链式反应将以指数级暴增，瞬间释放出庞大的能量。

但如果只是简单地将两块次临界的铀-235拼在一起，在它们完全接触之前，反应产生的热量和膨胀力就会将它们炸开，导致绝大部分核材料无法参与裂变，这种现象被称为过早点火或哑炮。

枪式设计的物理逻辑简单粗暴：利用一段类似火炮身管的钢管，在内部用常规高能炸药将一块次临界的铀-235子弹，以极高的速度射向另一块次临界的铀-235靶标。通过高速物理撞击，在微秒级别的时间内形成超临界质量，确保链式反应的充分进行。

但这其中的每一个物理参数，都需要精确到令人发指的地步。

大厅内，机械计算机的摇把被不断转动，发出连绵不绝的“咔啦咔啦”齿轮咬合声。由于长时间的高强度使用，许多摇把上的金属镀层已经被磨得锃亮。

数学家们的手指上沾满了铅笔的石墨粉末。

“第四组参数。关于铀-235对快中子的吸收截面数据代入运输方程。”一名戴着厚底眼镜的物理学家，擦了擦额头上的汗水，大声报出一组数据。

旁边的几名计算员立刻在机械计算机上拨动数字轮，飞速摇动摇把进行乘除运算。

为了减少宝贵的铀-235的用量，并提高爆炸的当量，工程师们在铀靶标的外部，设计了一层厚重的中子反射层。

当核裂变发生时，大量的高能中子会向外逃逸。反射层的作用，就是利用自身高密度的原子核，将这些逃逸的中子像台球一样反弹回核装药内部，继续参与链式反应。

同时，这层坚硬的反射层，还能在爆炸的瞬间提供物理惯性约束，将核材料多包裹哪怕零点几微秒的时间，让更多的铀原子发生裂变。

“反射层厚度设定为十厘米。”

“代入碳化钨的密度和非弹性散射截面概率。”

“计算中子增殖系数。”

复杂的偏微分方程无法得出解析解。数学家们只能采用暴力的数值近似法。将连续的物理空间划分为无数个微小的网格，在每一个网格内计算中子的产生、吸收和散射概率。

这是一种纯粹体力与脑力双重透支的折磨。

草稿纸被写满、揉皱，扔进废纸篓。铅笔的笔芯不断折断、削尖。

一名年轻的计算员在连续摇动了十几个小时的机械计算机后，手指痉挛，厚重的铅围裙压得他喘不过气来。他扶着桌子边缘，大口地喘息着，随后又强迫自己重新握住摇把。

这是用人类的血肉之躯，去强行解析神明的物理密码。

经过长达半个月的日夜推演和穷举计算。

理论计算部的主任，拿着一份厚达几十页、写满了数字和矩阵的最终报告，走进了地下基地的总指挥室。

报告的最后几页，绘制着一张精确的机械图纸。

那是一个长条形的装置内部结构剖面图。

详细标明了高能炸药的装药量、炮管的内径与长度、子弹与靶标的精确质量，以及中子反射层的几何尺寸。

所有的物理容错率被压缩到了零。

总指挥接过这份报告，看着上面那些用墨水书写的冰冷数字。

大西北在祁连山深处投入了天文数字的资源、海量的电力、数万台尖端设备和全国最顶尖的大脑，历经两年的时间，终于将这套终极武器的物理蓝图，完整地落实在了图纸上。

高浓缩铀-235静静地躺在深水池底散发着幽蓝的光芒。

机械计算机的齿轮完成了最后的定格。

大西北在物理学意义上，正式跨过了核子时代的门槛。