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氫彈的秘密及未來(lái)核武器:中子彈與第三代核武器

 看見(jiàn)就非常 2012-05-20

中子彈是以高能中子為主要?dú)蛩?,把沖擊波和光輻射的效應(yīng)降得很低的一種特種效應(yīng)武器,。也稱(chēng)增強(qiáng)輻射彈。它的爆炸威力不大,,一般1000TNT當(dāng)量,。對(duì)于集群和裝甲目標(biāo),中子彈是一種戰(zhàn)術(shù)上很有效的武器,。它可對(duì)敵方人員造成重大傷亡,,但對(duì)建筑、裝甲等硬目標(biāo)沒(méi)有什么毀傷作用,。中子彈又稱(chēng)“干凈”氫彈,,產(chǎn)生的剩余輻射很少,沒(méi)有什么放射性沾染,,使用后己方部隊(duì)可以順利通過(guò)殺傷區(qū),。

    制造中子彈,主要是增加核反應(yīng)釋放的中子,,同時(shí)使核反應(yīng)釋放的中子盡量多地穿出彈殼,。主要途徑是增加聚變,減少裂變,,選用更合適的材料,。有一種金屬鈹對(duì)制造中子彈很有用,。鈹有6種同位素,從鈹-6到鈹-11,。其中只有鈹-9是非放射性的,,它占天然鈹?shù)?/SPAN>100%。其他5種同位素均為人工制造,。鈹在裂變武器中有兩種用途:一是做成鐳鈹中子源或釙鈹中子源,,放在原子彈的彈芯作裂變點(diǎn)火器;二是包在核材料的外面作為中子反射層,。因?yàn)殁數(shù)臒嶂凶游战孛婧苄?,核反?yīng)放出的中子經(jīng)過(guò)碰撞慢化,穿出核材料碰著鈹時(shí),,就被反彈回核材料中,,繼續(xù)參加裂變反應(yīng),利于燒掉更多裂變材料而增加威力,。鈹在聚變武器中也有兩種用途:一是鈹在受到聚變放出的高能中子轟擊時(shí),,自身會(huì)釋放出兩個(gè)高能中子

氫彈的秘密及未來(lái)核武器:中子彈與第三代核武器

    這是氫彈爆炸中增大中子注量的簡(jiǎn)便方法;二是當(dāng)鈹和氘作用時(shí),,還可以用來(lái)造氚

氫彈的秘密及未來(lái)核武器:中子彈與第三代核武器

    而氘氚反應(yīng)是氫彈的主要反應(yīng)道,。一公斤氘氚完全燃燒所釋放的中子數(shù),大約是一公斤裂變材料完全裂變所釋放中子數(shù)的30倍,,這是制造中子彈的基礎(chǔ),。

    我們知道,一次裂變放出200兆電子伏能量和2個(gè)中子,。這些能量大部分都變成裂變碎片的動(dòng)能,,每個(gè)中子帶走的能量很少,平均2兆電子伏,。而氘氚聚變反應(yīng),,一次放出17.6兆電子伏能量,放出1個(gè)中子,。反應(yīng)后生成核所占的動(dòng)能只有3.5兆電子伏,,中子帶走了14.1兆電子伏的能量。從這里可以看出,,如果氘氚聚變釋放100兆電子伏能量,,會(huì)放出6個(gè)中子,而裂變釋放100兆電子伏能量平均只有1個(gè)中子,。就是說(shuō)釋放能量相等時(shí),,聚變反應(yīng)放出的中子數(shù)是裂變反應(yīng)放出中子數(shù)的6倍,而且每個(gè)中子的能量平均要高7倍??梢?jiàn)中子彈瞬發(fā)輻射能量比裂變彈大大增加,。圖4.8是千噸當(dāng)量中子彈(裂變、聚變各占一半)與千噸當(dāng)量裂變彈能量分配比較,。中子彈瞬發(fā)輻射能量已達(dá)到30%,,沖擊波與光輻射的能量減少了。

圖4.8	中子彈與裂變彈能量分配比較

4.8     中子彈與裂變彈能量分配比較

    美國(guó)勞侖斯利物摩爾研究所1959年開(kāi)始研究中子彈,,62年進(jìn)行試驗(yàn),,63年取得成功。1977年卡特政府批準(zhǔn)生產(chǎn)中子彈,。

    反映核武器設(shè)計(jì)水平的參數(shù)很多,,主要有臨界質(zhì)量,、比威力,、小型化和聚變裂變比。設(shè)計(jì)中子彈可以綜合反映這些水平,。

    中子彈是聚變裂變比很高的氫彈,,現(xiàn)有核武器技術(shù)聚變裂變比可達(dá)到90以上。中子彈可以作得很小,,當(dāng)炮彈用,;中子彈的輻射效能很高,相當(dāng)于10倍威力的裂變彈,。

    美國(guó)物理學(xué)家柯恩提供的資料稱(chēng),,在150米高空爆炸時(shí),中子彈的殺傷半徑為相同威力裂變彈的兩倍,,殺傷面積為4倍,;輻射殺傷作用與威力大10倍的裂變彈相當(dāng)。表4.1列出這兩種彈殺傷效應(yīng)的半徑,。半徑值是從爆心投影點(diǎn)到劑量或超壓值的距離,。

4.1  中子彈與裂變彈殺傷半徑比較

武器

類(lèi)型

TNT當(dāng)量()

核輻射對(duì)坦克內(nèi)人員殺傷半徑()

沖擊波對(duì)建筑物的破壞半徑(米)

(超壓0.3公斤/厘米2)

劑量80戈瑞

劑量6.5戈瑞

中子彈

 1000

690

1100

550

裂變彈

 1000

360

 690

610

裂變彈

10000

690

1100

1220

    據(jù)美國(guó)資料,吸收劑量80戈瑞使人員永久喪失戰(zhàn)斗力,,6.5戈瑞使人員兩小時(shí)內(nèi)生理功能受到損傷,, 0.3公斤/厘米2的超壓,將使城市建筑造成中等程度的破壞,。美國(guó)已為“長(zhǎng)矛”導(dǎo)彈裝備了中子彈頭,,并生產(chǎn)了203毫米榴彈炮中子炮彈和155毫米榴彈炮中子炮彈。俄國(guó),、法國(guó),、中國(guó)都試驗(yàn)過(guò)中子彈。中子彈的設(shè)計(jì)是在掌握氫彈原理和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,盡可能地減少裂變材料和盡可能地使聚變產(chǎn)生的高能中子易于穿出彈殼,。為此,,需要在以下三個(gè)方面下功夫:

初級(jí)裂變材料盡可能少。中子彈的聚變?nèi)匀恍枰訌梺?lái)引爆,,但初級(jí)要盡最大可能減少裂變材料,。

次級(jí)充分利用氘氚聚變反應(yīng);內(nèi)芯和外殼盡可能少用或不用裂變材料,。

外層設(shè)計(jì)不能用鈾-238,,要用密度高、強(qiáng)度高的其他合金,,且要盡量避免對(duì)高能中子的吸收,,使高能中子的穿透率高。

    如果按核武器的技術(shù)進(jìn)步對(duì)核武器進(jìn)行分代,,則第一代核武器是原子彈,,第二代核武器是氫彈,第三代核武器是特殊性能的氫彈,。特殊性能的氫彈是指為特定的要求,,設(shè)計(jì)一種增強(qiáng)某一方面毀傷效應(yīng)的武器。中子彈屬于第三代核武器,,它是特地增強(qiáng)氫彈瞬發(fā)輻射的核武器,。此外還有增強(qiáng)X射線(xiàn)彈,增強(qiáng)沖擊波彈,,核電磁脈沖彈,,核鉆地彈以及定向能核武器等等。定向能核武器是要求核武器釋放的能量定向發(fā)射,。如用核爆炸作泵浦,,形成定向發(fā)射的X光激光;用核裂變產(chǎn)生的中子激勵(lì)同位素原子核,,使其產(chǎn)生定向發(fā)射的g 射線(xiàn)激光,,等等。

    增強(qiáng)X射線(xiàn)彈可用于反導(dǎo)防衛(wèi)系統(tǒng),。用一個(gè)百萬(wàn)噸級(jí)TNT當(dāng)量的氫彈,,在100公里以上高空爆炸,由于空氣稀薄,,核爆炸能量被周?chē)镔|(zhì)帶走的很少,,70%的能量都是由X射線(xiàn)帶走了。強(qiáng)大的X射線(xiàn)流,,可以穿透來(lái)襲導(dǎo)彈的殼體,,對(duì)其內(nèi)部的電子器件,、電路等產(chǎn)生輻照效應(yīng),使之失靈,。設(shè)計(jì)一種特別增強(qiáng)X射線(xiàn)的武器,,即使在50~70公里的高空爆炸,X射線(xiàn)仍是非常重要的殺傷破壞因素,。

    增強(qiáng)沖擊波彈是以沖擊波毀傷為主的特殊氫彈,。其顯著特點(diǎn)是降低了剩余放射性,也稱(chēng)減少剩余放射性彈,。美國(guó)1980年研制成功,,宣稱(chēng)這種武器的放射性沉降不到同威力裂變彈的十分之一,而且光輻射效應(yīng)也顯著減少,。設(shè)計(jì)增強(qiáng)沖擊波,,要害是增大能量輸出,多用聚變少用裂變,,把氫彈設(shè)計(jì)得盡可能“干凈”,。在大氣中爆炸,形成空氣沖擊波,,提高力學(xué)破壞效果,。由于放射性沉降少,,爆炸后己方人員可以順利通過(guò),,因而適合戰(zhàn)場(chǎng)使用。

    核電磁脈沖彈是一種利用在大氣層以上爆炸,,使之產(chǎn)生大量定向或不定向的強(qiáng)電磁脈沖,,以毀壞敵方的通訊系統(tǒng),簡(jiǎn)稱(chēng)EMP彈,。圖4.9是核爆形成的電磁脈沖殺傷示意圖,。

    高空核爆炸釋放的g 射線(xiàn)射入大氣層,與大氣中原子發(fā)生康普頓散射,,形成康普頓電流,。康普頓電子在地磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn),,從而產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射,。

    對(duì)核電磁脈沖彈的設(shè)計(jì)要求:

電磁脈沖主頻要高,要能穿入目標(biāo)的縫隙,、天線(xiàn)孔,,必須是厘米波至毫米波,主頻1010~1011赫茲,。

電磁脈沖強(qiáng)度和效應(yīng)比普通氫彈強(qiáng)得多,。

要求盡量定向發(fā)射,以集中利用并減少對(duì)己方的影響。

圖4.9	高空核爆炸的電磁波

4.9     高空核爆炸的電磁波

    1枚百萬(wàn)噸級(jí)氫彈在400公里高空爆炸,,則在地球上空覆蓋半徑為2200公里范圍內(nèi)的最大場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)104~105/米,,但主頻范圍為104~108赫茲。19627月,,美國(guó)在約翰斯頓島上空400公里,,進(jìn)行代號(hào)為“海盤(pán)車(chē)”的高空核試驗(yàn),威力140萬(wàn)噸TNT當(dāng)量,。這次試驗(yàn)曾使離該島1400公里的檀香山地區(qū)街燈同時(shí)熄滅,,幾百臺(tái)防盜報(bào)警器報(bào)警,高壓線(xiàn)和避雷裝置均被燒毀,,引起了美國(guó)軍方和國(guó)會(huì)高度重視,。

    核鉆地彈是一種能鉆入地下一定深度后爆炸的低當(dāng)量核彈頭。主要用它產(chǎn)生的地震沖擊波和成坑作用,,來(lái)破壞敵方的導(dǎo)彈發(fā)射井和地下指揮所等軍事目標(biāo),。它的摧毀作用取決于爆炸威力、鉆地深度,、地質(zhì)條件等因素,。它對(duì)地下目標(biāo)的摧毀作用比地面和空中爆炸更為有效,形成的放射性污染范圍小,。設(shè)計(jì)核鉆地彈要有堅(jiān)硬的外殼,,以保護(hù)在高速觸地及鉆地過(guò)程中核彈不受破壞,同時(shí)還要求能按特定指令正常工作,,在達(dá)到預(yù)定深度及時(shí)爆炸,。美國(guó)還在積極研制核鉆冰彈,用來(lái)攻擊深水層或大冰塊下的潛艇,。

    核爆產(chǎn)生的高溫輻射,,經(jīng)過(guò)波譜變換成為理想的泵浦源,可以用作定向能武器,。把激光棒作成細(xì)絲形狀,,安放在核裝置周?chē)吮笪兆銐虻妮椛淠芰孔兂傻入x子體狀態(tài),。此時(shí)處于高激發(fā)態(tài)的離子數(shù)大于低激發(fā)態(tài)的離子數(shù),,當(dāng)離子從高激發(fā)態(tài)回到低激發(fā)態(tài)時(shí)就放出光子,增益大到一定程度時(shí),,沿細(xì)絲方向發(fā)射出X射線(xiàn)激光,。核泵浦X光激光武器就是利用這個(gè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。X射線(xiàn)激光波長(zhǎng)短,,亮度高,,脈沖窄,,方向性強(qiáng),能在特定方向上增強(qiáng)核爆X射線(xiàn)的劑量,。關(guān)于核泵浦X光激光研究,,美國(guó)八十年代利用小型核裝置作過(guò)演示實(shí)驗(yàn),測(cè)到了波長(zhǎng)為1.4納米,、功率1014瓦,、納秒脈寬的X射線(xiàn)激光。

    還有一種g 射線(xiàn)激光器,。它是用裂變中子激勵(lì)同位素形成同質(zhì)異能核,,使其產(chǎn)生g 射線(xiàn)的激光器。60~70年代,,蘇聯(lián)科學(xué)家提出過(guò)方案,。70年代我國(guó)科學(xué)家王淦昌也曾探索和尋找獲得同質(zhì)異能素的途徑。希望找到合適的同質(zhì)異能素鑲坎在晶體結(jié)構(gòu)物質(zhì)中,,并且要確保受激發(fā)射的g光子的單色性和方向性,。

    從七十年代中期開(kāi)始研制中子彈,標(biāo)志著進(jìn)入第三代核武器的發(fā)展階段,。第三代核武器根據(jù)理解就是核武器的毀傷效應(yīng)經(jīng)過(guò)剪裁,、增強(qiáng)或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成定向能使用。有的已經(jīng)研究成功了,,有的還沒(méi)實(shí)現(xiàn),。無(wú)論是一代核武器二代核武器,都是大規(guī)模毀滅性的武器,,全社會(huì)都要求禁止使用,。1996年世界上簽訂了“全面禁止核試驗(yàn)條約”,第三代核武器的研究,,受到了限制和影響。


   本文摘自《揭開(kāi)核武器神秘面紗》

   經(jīng)福謙 陳俊祥 華欣生著

   清華大學(xué)出版社 暨南大學(xué)出版社

   出版時(shí)間:2002年7月

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