揭秘原子弹与光刻机的制造挑战 _生活知道

揭秘原子弹与光刻机的制造挑战
原子弹的原理在于，当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，引发持续的裂变反应，释放出巨大的能量。那么，制造原子弹的难度究竟在哪里呢？
尽管原子弹的核燃料可以是钚-239，但通常使用铀-235 。然而，地球上铀矿的分布有限且纯度不高。如果一个国家境内没有铀矿，就无法秘密采集。同时，进口铀矿的数量受到国际机构的严格控制，每笔交易都有详细记录。因此，如何获取大量铀矿成为一大难题。以发展核电站为名大量进口铀矿并不现实，因为两者所需的铀矿量相差甚远。
普通铀-238杂质较多，内部不易裂变，无法用于制造原子弹。因此，必须提高铀-235的浓度至90%以上。一颗原子弹需要15公斤的浓缩铀。在提纯铀-235时，通常采用离心法。简单来说，六氟化铀气体在高速旋转过程中，纯度会逐渐提高，就像下雨天撑伞并旋转伞柄，雨珠会被甩出一样。
生产大量离心机并不难，但耗电量巨大。由于各国签署了《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可以保留核武器，但之后的国家则不允许。因此，异常的耗电量会引起关注，容易被发现。
此外，引爆原子弹也是一个难题。铀原子内部空间较大，需要中子精确地撞击原子核。解决方法是将铀材料设计成圆形。更重要的是，从铀-235分离到裂变起爆的整个过程需要在微秒内完成，这需要高超的技术水平。
尽管存在这些困难，但仍有不少国家成功制造了原子弹。相比之下，顶尖光刻机的制造难度更大。迄今为止，全球没有任何一个国家能够独立制造出顶尖光刻机，包括美国在内。荷兰ASML公司在这方面取得了一定成就，但它并非完全独立研发。
光刻机的光源需要激光精确地轰击时速200英里的锡球，使其变成等离子体后产生波长13.5纳米的极深紫外光。这一过程难度极高，而且为了产生持续稳定的极深紫外光，激光在一秒内轰击锡球的频率需高达5万次。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够生产如此高水平的激光器。
【揭秘原子弹与光刻机的制造挑战】极深紫外光的收集也是一个难题。德国蔡司公司的镜片光滑度误差可达原子级别，几乎达到了物理极限。此外，光刻机还需要一个极其精密的控制台，由5500个零部件组成，每个零部件都代表着业界顶级水准。整部光刻机重约180吨，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年左右的时间。
由于美国无法独自制造顶尖光刻机，西方国家选择了荷兰ASML作为合作对象。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。通过这种合作方式， ASML得以生产出高端芯片并优先提供给各参与国。
总的来说，尽管原子弹的制造难度相对较低，但由于国际制裁等因素的限制，许多国家仍难以单独制造原子弹。而顶尖光刻机的制造难度则更为巨大，即使公开图纸也难以实现独立制造。