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原子弹的原理是,当原子弹的核弹芯受到足够的撞击或热能时,核素原子核会发生裂变,生成氪-92和钡-141。
多余的中子继续撞击其他原子核,从而发生持续裂变反应,过程中释放出巨大的能量。
制造原子弹的难度在哪?
虽然原子弹的核燃料也可以是钚-239,但基本都用铀-235,然而地球上的铀矿分布有限,并且纯度不高。
如果A国境内没有铀矿,就无法做到悄悄采集,而进口铀矿的量被国际机构严格把控,每一份贸易单都有详细的记录,一旦A国进口多了,就会受到高度注意,所以如何搞到大量的铀矿,第一步就非常难,借着发展核电站的名义,大量进口铀矿是不现实的,二者需要的铀矿差距太大。
普通的铀-238杂质非常多,内部不容易裂变,无法制作原子弹,所以必须要提纯,让铀-235的浓度超过90%。
一颗原子弹需要15公斤的浓缩铀,在提纯铀-235的时候一般采取离心法,通俗易懂的说,六氟化铀气体在高速旋转过程中,纯度会不断提高,就像下雨天你撑着一把伞,并且不断转动伞柄,雨珠不断被甩出去,差不多这意思。
生产大量离心机不难,难的是耗电量太大,毕竟大家签署了《核不扩散条约》,1967年1月1日前制造并爆炸核武器或其他核爆炸装置的国家,允许保留核武器,但之后的就不允许了,荒郊野外如此不合理的耗电量,肯定会引起高度注意,一查一个准。
此外,引爆原子弹也是个难题,铀原子内部极为空荡,需要中子精准无误的撞击到原子核,解决办法是把铀材料设计成圆形。
重要的是,铀-235从分离到裂变起爆,整个过程需要在微秒内完成,没点技术含量还真办不到,不管从核原料还是提纯或引爆,除了技术难度之外,还有国际社会的监督。
但原子弹还是有不少国家造了出来,而顶尖光刻机,迄今为止,全球没有哪个国家能独立造出来,美国也不行,或许有人说荷兰ASML,严谨的说荷兰也不算。
首先来说下nm,我们经常看到这两个字母,nm是长度单位纳米的意思,1nm=10亿分之一米。
同样面积的芯片,能刻下的晶体管越多越先进,同理,同样的晶体管所用的芯片面积越小越先进,简而言之,nm芯片越小,代表技术含量越高。
制造一台顶级光刻机有多难?
先来说说光刻机的光源,激光需要精准无误的轰击到时速200英里的锡球,当锡球因高温变成等离子体时,激光再次轰击后可产生波长13.5纳米的极深紫外光。
这波操作的难度非常大,更离谱的是,要产生持续稳定的极深紫外光,需要激光在一秒内轰击锡球的频率高达5万次,而这台激光器的零部件数量超过45700个,目前只有德国一家公司能生产如此高水平的激光器。
极深紫外光有了,如何收集又是一大难题,德国蔡司的镜片光滑误差程度可以达到原子级别,基本是物理的极限了,换个说法,细菌落在蔡司镜片上,就跟一座小山似的,周围都是光滑的平地。
以上还只是光刻机的冰山一角,并且你得有一个极其高精密的控制台,这东西至少由5500个零部件组成,每个零部件都代表着业界顶级水准,都有很高的行业壁垒,更关键的是,你需要把这些零部件都搞到手,但凡缺了一家供应商,控制台的质量就会下降。
然而令人惊讶的是,整部光刻机重量约180吨,所有零部件数量超过10万个,全球供应商数量超过5000家,安装调试需要1年左右。
美国都没有能力独自制造,换句话说,全球都需要高端芯片,但谁都搞不出来,结果咋办呢?
通俗易懂的说,大家都想得到对方的核心技术,同时又都不想泄露己方的核心技术,但大家又都想要,于是大家凑凑。
选什么地方好?
造在美国,其他国家不放心,造在英法德,美国、日韩不放心,当时荷兰的技术底蕴还不错,人才也多,所以西方国家索性选中了荷兰ASML,美国提供光源技术,德国提供光学系统,日本提供精密材料等等,大家都把核心技术拿出来凑一凑。
也就是说,荷兰本身不具备独立制造顶尖光刻机的能力,是得到了众多国家的助力,ASML是一个组装厂,付出的代价是参与帮助的国家集体变成股东,ASML生产的高端芯片优先提供给股东。
国内实验室硬件实力:顶尖还是超越?
在生物材料研究的前沿,我亲历了实验室设备的变迁。诚然,中科院研究员徐华强的言论引起热议,他称国内实验室的硬件设施已达到世界顶尖水平,甚至在某些领域实现了反超。然而,这背后的情况并非表面那么简单。
首先,不可否认,实验室中确实存在国产设备的身影,如细胞粉碎机、烘干箱和冻干机等,这些设备性价比高,能满足基本实验需求。然而,高端精密仪器如紫外光谱仪(岛津)、ICP-MS(安捷伦)、核磁共振和红外光谱仪(布鲁克)、荧光分析仪(爱丁堡)等,几乎全部来自海外品牌。药品和试剂的选用,同样以国际知名品牌为主,如酶标仪(帝肯)、精密天平(赛多利斯)和高质量离心机(艾本德)等。
国家在科研投入上确实下了血本,然而资金的分配似乎更多地流向了国外技术的引进,而非自主研发的土壤。这种模式下,虽然能在短期内催生大量高质量的科研成果,发表于顶级期刊(cns),但实则像是空中楼阁,根基不稳。国家的科研经费投入催生了大量论文,但其中有多少真正转化为实质性的科技进步,这值得深思。
十年前,高校的科研尚以务实为主,尽管论文发表可能存在困难,但研究者们更注重科研的实质。如今,务虚之风盛行,论文充斥着难以理解的专业术语,这不仅影响了科研的深度,也导致科研人才的培养陷入困境。未来十年,人才断层的问题可能会愈发严重,因为替代人才的培养需要时间,而现实是,这种情况短期内难以改变。
尽管徐华强的观点引发争议,但我们不能忽视国际科研竞争的现实。国外的科技发展同样面临挑战,这给了我们一些安慰。但作为一个关注人类未来发展的现代智者,我对科技泡沫化的担忧并未因此减少。我们需要的是稳固的基础研究,以及对真正创新的持续投入,而非单纯依赖进口和论文数量的攀升。只有这样,我们才能为人类的智慧未来铺就坚实的道路。
IT之家11月11日消息,IT之家从“杭州发布”微信公号获悉,我国超重力领域基础科研的“国之重器”取得了重要进展,杭州超重力场项目初建成。按照计划,今年将进入第一阶段试运行。
杭州超重力场项目是浙江省首个国家重大科技基础设施,2020年在云城开建,目前,第一台超重力离心机主机已安装完毕,其余两台超重力离心机主机和10台机载装置已开始加工制造。
按计划,今年将完成1300g?t模型机、100g?t验证机和数据中心的验收,并进入第一阶段试运行。
这套超重力实验装置也是全球容量最大超重力离心模拟与实验装置,包含模型机、重载机、高速机等三台超重力离心机主机以及18台机载装置。其中,核心装置离心机就像是巨人用两个手臂拎着两个大吊篮飞速旋转,旋转产生的超重力场会对吊篮里的物体产生时空压缩的效应,科研人员通过这个装置可以在很短时间内模拟出山川地貌变化。
超重力离心模拟与实验装置,是一个构建从瞬态到万年时间尺度、从原子级到千米级空间尺度、从常温常压到高温高压等多相介质运动的实验环境的大装备。有了它,就可以在实验室里,模拟“一眼万年”或者“一步千里”的时空压缩。
中国科学院院士陈云敏曾介绍,研究岩土体和地球深部物质的时空演变、加速物质相分离时,超重力离心模拟与实验装置可以提供必不可少的实验手段。
如果在超重力离心机上搭载土体污染物迁移实验装置,就可以看到污染物在地下大尺度、长历时的运移。有了超重力效应赋予的压缩时空、一眼“万年”的实验能力,许多高难度课题研究成为可能。这套装置设计的6座超重力实验舱,将分别开展边坡与高坝、岩土地震工程、深海工程、深地工程与环境、地质过程、材料制备等6个领域的科学研究。
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