温卿学习了“炸药透镜”的设计——
不同爆速的炸药组合,像光学透镜聚焦光线一样,把爆轰波聚焦到核材料上。
她看到了那些精密的剖面图:
几十种炸药按照严格的比例和形状排列,误差不能超过微米级。
“这是艺术。”
在第一次小组讨论会上,理论组的副组长陈研究员感慨。
“于老他们当年,没有计算机,没有精密机床,就靠计算尺和手摇计算机,硬是把这套系统设计出来了。
我们现在用的模型,还是他们当年奠定的基础。”
温卿看着幻灯片上那些手绘的草图——线条有些颤抖,但数据清晰准确。
那是真正的“草稿纸上的核武器”。
“但现在的模型有局限性。”
陈研究员调出现代的计算结果。
“我们用的是‘理想流体’假设,忽略材料的强度效应。
在常规压力下这没问题,但在极端压缩条件下,材料强度可能影响冲击波传播。”
这正是温卿注意到的第一个问题。
在记忆碎片中,关于“极端条件下材料响应”的知识碎片告诉她:
材料在超高压下(百万大气压以上),不再表现为简单的流体,而是会出现复杂的相变。
电子结构变化、甚至量子效应。这些都会改变状态方程,进而影响内爆效率。
她小心翼翼地在讨论中提出:
“陈老师,我们有没有考虑过材料在gpa级压力下的相变效应?
比如,钚的α相到β相的转变压力大约是……”
陈研究员眼睛一亮:
“你知道这个数据?”
温卿心中一惊。
这个数据在公开文献中是找不到的,她是从记忆碎片中“看到”的。
“我……在以前的材料研究中接触过相关概念。”
她含糊解释。
“高温高压下材料的相行为,是材料科学的共性问题。”
这个解释勉强说得通。
陈研究员点点头:
“确实,我们现在的状态方程,对相变的处理很粗糙。
但更精确的模型,计算量太大了。
‘天河一号’跑一次完整的相变耦合计算,要一个月。”
这就是困境:
知道模型有缺陷,但计算能力有限,只能妥协。
第二周,温卿转向“中子点火”理论。
这是核武器最神秘的部分之一:
如何在恰到好处的时刻,引入中子源,触发链式反应。
太早,材料还没压缩到位,反应效率低;
太晚,压缩后的材料开始膨胀,也会导致效率下降。
时间尺度是纳秒级(十亿分之一秒)。
在这个时间尺度上,中子的产生、输运、与原子核的相互作用,必须精确计算。
温卿学习了“中子输运方程”——那是一个积分-微分方程,描述中子在介质中的运动。
方程本身就很复杂,再加上介质密度在快速变化(压缩过程),就变成了一个极其困难的时变问题。
现有的解法是“多群扩散近似”:
把中子按能量分成若干群,假设每一群中子的运动可以用扩散方程描述。
这大大简化了计算,但引入了误差。
在末世,温卿“见过”更精确的解法——“蒙特卡罗直接模拟”。
不是解方程,而是用随机抽样的方法,直接模拟每一个中子的命运:
它从哪里产生,朝哪个方向运动,遇到原子核时是被吸收、散射还是诱发裂变……
这种方法不需要简化假设,但需要巨大的计算量——
模拟一次内爆过程中的中子行为,可能需要追踪数十亿个中子的轨迹。
现在的“天河一号”,根本做不到。
但温卿发现了一个更根本的问题:
现有的中子产生模型,假设中子是“点源”均匀发射的。
而实际上,中子源本身有结构,发射有方向性,这些都会影响中子的初始分布。
她查阅了资料室的所有相关文献,发现对这个问题的研究很少。
不是不重要,而是太难了——需要结合粒子物理、核物理、材料科学、计算数学多个领域。
温卿开始悄悄记录这些问题。
在一个加密的电子笔记里,她列出了一个个“模型缺陷”:
1 炸药-金属界面效应的简化处理
2 材料强度在内爆初期的影响
3 高压相变对状态方程的修正
4 中子源的空间和时间分布特性
5 辐射输运与流体耦合的滞后效应
……
每一个问题,都对应着末世记忆中的一个碎片。
那些碎片零散、模糊,但指向的方向是一致的:
现有模型过于简化,忽略了多个物理过程的耦合效应。
第三周,温卿开始啃最硬的一块骨头:
材料在极端条件下的状态方程。
状态方程描述材料的压力、密度、温度之间的关系。
在内爆过程中,核材料被压缩到正常密度的两倍、三倍甚至更高,温度和压力达到天文数字。
在这种条件下,材料是什么状态?
是固体?
液体?
还是某种奇特的“高密度等离子体”?
现有的状态方程,主要基于“托马斯-费米模型”及其改进版本。
这个模型把原子中的电子看作简并费米气体,用统计方法处理。
它在极高密度下近似成立,但在中等密度区,误差可能很大。
更严重的是,这个模型完全忽略了原子核的结构效应——
核子(质子和中子)的排列方式、核力作用、甚至核的激发态。
在内爆的极端条件下,原子核本身可能被“压碎”,核子重新排列,释放或吸收能量。
温卿在资料室找到了一份1975年的内部报告,作者是于老。
报告用朴素的语言写道:
“我们现在的状态方程,好比用牛车拉大炮。能拉动,但效率低。要造更小、更灵的炮,就得换汽车,甚至换火箭。”
报告最后提出了一系列研究方向:
考虑电子关联效应、考虑核的有限大小效应、考虑相对论效应……
但这些研究都停留在理论层面,因为缺乏实验数据。
在千万度高温、千万大气压下做材料实验?
这在地球上几乎不可能。
美苏主要依靠地下核试验获取数据,但龙国已经宣布暂停大气层核试验,地下试验的次数也极其有限。
数据匮乏,是最大的瓶颈。
第四周的深夜,温卿在“天河一号”上运行了一个简单的对比计算。
她用现有的状态方程模型,计算了一个标准内爆过程的关键参数:
压缩后的最大密度、最高温度、中子倍增系数。
然后,她根据记忆碎片中的概念,手动调整了几个参数——这些调整基于一个模糊的印象:
在极端压缩下,材料的电子结构会发生“集体激发”,导致额外的能量吸收。