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  大气层核试验早就不做了,污染太大了,地下核试验在现在的舆论环境下也不做了,现在大国就是做计算机模拟。

  20世纪四五十年代利用铀或钚等易裂变重原子核裂变反应瞬时释放巨大能量的核武器称为或裂变弹,即为第一代核武器。

  链式反应 能自持进行的原子裂变反应叫链式反应。在裂变装置(核弹头或反应堆)中,要实现自持核反应,必须用裂变核释放出的中子去轰击其它重核引起裂变,新的裂变又释放出新的中子,新的中子又去轰击其它重核引起裂变,依此不断进行。如铀235的核吸收一个中子后发生裂变,平均能放出2.56个中子,钚239平均能放出2.9~3.0个中子。在被释放出的中子群中,一部分被没有裂变的原子核所俘获,引起进一步裂变,未被俘获的中子从物质中逃逸。假如每次裂变能有一个以上的中子保留下来继续参与裂变反应(即被其它原子核俘获),那么下一“代”所能取得的裂变数就要比前一代的多,也才能形成自持链式反应。也就是说,为了在核爆炸中取得高效率,在核装置的设计上要尽量减少中子从裂变系统中逃逸,同时要尽力避免裂变材料中掺入能吸收中子的杂质。

  铀 自然界的铀主要由两种同位素铀235和铀238组成,其中主要含量是铀238(约占99.3%),铀235含量极少(约占0.7%)。理论上,铀235的浓度在6%~10%才能制成铀弹。也就是必须把天然铀矿经筛选、粉碎、酸性浸析成矿浆、提炼获取铀的氧化物、进一步处理变成四氟化铀或六氟化铀,随后进行铀的浓缩。美国在二战中耗资10多亿美元建造了浓缩铀的气体扩散厂,通过泵使六氟化铀气体撞击上面设有数百万个小孔的障碍物,由于铀235和铀238原子质量有轻微不同,含有铀235原子的分子比含有铀238的分子以稍微大一点的速率渗出,最终的产品是武器级铀。目前各国使用的核武器的铀235浓度为93.5%。60年代末,武器级铀每磅(0.45千克)需5 500万美元,而天然铀每磅才12美元。

  临界质量 为维持链式反应所需要的裂变材料的最小质量称为临界质量。少量的裂变材料不能维持链式反应(绝大多数中子逃逸了)。临界质量的大小取决于裂变材料的种类、结构密度、几何形状以及核装置中有无中子反射层结构等。在固态物质形状中,球形的体积与表面积的比值最大,从单位球形裂变材料中逃逸出来的中子数最少,因此球形是临界质量最小的一种形状。如采用裸球,铀235和钚239的临界质量分别为52和10千克(铀235的密度小于钚239)。

  降低临界质量有多种方法:一是用中子反射层作为包壳材料把裂变材料包起来,以使一部分向外逃逸的中子反射回裂变材料中,增加了中子数量以轰击重核。中子反射层可使裂变材料临界质量减小到原来的1/3到1/2,也就是在正常密度下,铀235和钚239的临界质量可分别减至13~15和5~10千克,这就为减小核弹头体积和重量乃至制造原子炮弹提供了方便。二是压缩核材料,增加其密度。临界质量近似与密度平方的倒数成正比。三是巧妙的结构设计以使裂变材料发挥最大作用。

  60年代以后,利用氢的同位素氘、氚等轻原子的聚变反应,瞬时释放出巨大能量的核武器,又称聚变弹、热核弹、氢弹,即为第二代核武器。

  聚变反应 除了重原子核铀235、钚239等的裂变能释放核能外,还有另一种核反应,即轻原子核(氘和氚)结合成较重的原子核(氦)时也能放出巨大能量。核聚变的原理是:在标准的地面温度下,物质的原子核彼此靠近的程度只能达到原子的电子壳层所允许的程度。因此,原子相互作用中只是电子壳层相互影响。带有同性正电荷的原子核间的斥力阻止它们彼此接近,结果原子核没能发生碰撞而不发生核反应。要使参加聚变反应的原子核必须具有足够的动能,才能克服这一斥力而彼此靠近。提高反应物质的温度,就可增大原子核动能。因此,聚变反应对温度极其敏感,在常温下其反应速度极小,只有在1 400万到1亿度的绝对温度条件下,反应速度才能大到足以实现自持聚变反应。所以这种将物质加热至特高温所发生的聚变反应叫作热核反应,由此做成的聚变武器也叫热核武器。要得到如此高温高压,只能由裂变反应提供。

  热核材料 核聚变反应一般只能在轻元素的原子核之间发生,如氢的同位素氘和氚,它们原子核间的静电斥力最小,在相对较低的温度(近千万摄氏度)即可激发明显的聚变反应生成氦,而且反应释放出的能量大,一千克聚变反应装药放出的能量约为核裂变的七倍。但在热核武器中不是使用在常温下呈气态的氘和氚。氘采用常温下是固态化合物的氘化锂,而氚则由核武器进行聚变反应过程中由中子轰击锂的同位素而产生。1942年,美国科学家在研制过程中,推断爆炸提供的能量有可能点燃轻核引起聚变,并以此制造威力比更大的超级弹。1952年1月,美国进行了世界上首次代号“迈克”的氢弹原理试验,爆炸威力超过1 000万吨当量,但该装置以液态氘作热核材料连同贮存容器和冷却系统重约65吨,不能作为武器使用,直到固态氘化锂作为热核装料的试验成功,氢弹的实际应用才成为可能。中国于1966年12月28日成功进行了氢弹原理试验,1967年6月17日由飞机空投的300万吨级氢弹试验圆满成功。

  核武器的重量和当量 世界上第一个核爆炸装置,代号“大男孩”的钚装药约重6.1千克。由重约2 268千克高能炸药内向爆炸将其压缩到一起,于1945年7月16日上午5时24分,在新墨西哥州阿拉莫戈夫的“三一”试验场内的一个30米高的铁塔上进行试验,当量为2.2±0.2万吨。钚装药实际大小同柚子差不多,而铀反射层和高能化学炸药使爆炸装置尺寸重量大大增加。核装药、反射层和高能炸药固定在一个由12块五边形构成的金属球内,各五边形用螺栓互相连接组成一个球体。

  1945年8月6日上午8点15分投在日本广岛上空、估计爆高580米的“小男孩”,它装有60千克高浓缩铀235,采用枪法结构。枪管直径约15厘米,长1.8米,重约半吨。核弹本身连同外壳长3米,直径71厘米,重约4吨,当量1.2~1.5万吨(有报道1.25万吨)。

  第三代核武器又称特定功能核武器,通过特殊的设计,增强或减弱某些核爆炸效应,达成某些特殊杀伤破坏效应,从而提高了实战运用的灵活性。当前,以美、俄为首的核大国,正加紧研制和完善第三代核武器,随着第三代核武器的装备,核大国可在战略、战役战术层次上实施核威慑,既可对付全球核威胁,又可对付地区性核威胁。有关军事专家认为在新世纪可能爆发的局部冲突中,使用第三代核武器的现实危险性增大。

  中子弹 它是以高能中子为主要杀伤因素,相对减弱冲击波和光辐射效应的小型氢弹。

  为什么和普通氢弹爆炸后不能放出大量中子流呢?这是因为,是裂变弹,虽然每次裂变反应都放出2~3个中子,但又大都作为“炮弹”去轰击周围其它铀原子核使之形成自持链式反应。氢弹是聚变弹,聚变反应也放出中子。但目前普遍采用的裂变-聚变-裂变模式的三相弹,聚变反应放出的快中子除用来轰击锂6造氚外,还要用来轰击贫化铀238形成裂变反应,所以普通氢弹爆炸所产生的中子主要供“内需”,极少外泄,也就不能成为中子弹。目前供实战使用的中子弹实际是二相弹,即先引爆小型,再利用裂变反应放出的中子轰击聚变材料氘和氚,也就是去掉了“第三相”外壳铀238。

  中子弹的两大特点:一是强辐射,中子弹爆炸时,聚变能量的80%为高能中子携带而增强了核辐射。例如一颗1 000吨TNT当量中子弹爆炸时距爆心800~1 000米处的核辐射剂量为同当量的20倍左右,对人员的瞬时杀伤半径可达800~1 000米。二是低当量,通常为千吨级,有效作用半径小,靠大量高能中子不仅能杀伤暴露人员,也能杀伤坦克装甲车内的人员。因为只有爆炸当量为1千吨和1千吨以下时,增强辐射武器的辐射杀伤半径才大大超过同一当量武器的冲击波破坏半径。

  目前,除了美、俄、法、中四国已掌握中子弹技术外,1999年8月16、18日,印、巴分别宣布具有制造中子弹的能力,当然“有能力”与拥有实战中子弹,差距还很大。中子弹是对付集群坦克的一种有效武器。苏联军事专家曾设想了一个奔赴战场的坦克群的遭遇:只见空中出现了一个小火团,随着传来一阵清脆的爆炸声,火团很快扩散,渐渐消失在明媚的阳光中。然而,仅仅几分钟后,刚刚井然有序势不可挡向前推进的坦克车队乱了套,有的熄火停在原地,有的像无头苍蝇到处乱撞,而坦克内的士兵,则无声无息永远地沉睡了。离火团稍远一些坦克内的士兵,有的痛苦呻吟,有的疯狂吼叫……数小时(其实只需1小时)后,敌军士兵大摇大摆走进这片坦克阵地,开走了能动的坦克(中子弹只杀伤人不毁物或少毁物),俘虏了活着的士兵。

  核电磁脉冲弹 它是利用在大气层以上的核爆炸,使之产生大量定向或不定向的强电磁脉冲,以毁坏敌方通信系统的核武器,简称EMP弹。

  EMP弹在高空爆炸后释放出极强的γ射线进入密度不均匀的大气层,使空气发生电离后产生的电子以光速离开爆心,使爆心周围聚集了大量正离子形成强电磁场,电磁场高速向外辐射就产生了强电磁脉冲。强电磁脉冲作用到电子系统、电子设备、通信系统中可产生很高的瞬时电压和电流,从而造成毁坏或瞬时干扰。核弹头经过改造“剪裁”,可使爆后总能量的40%转换成电磁脉冲。制造核电磁脉冲弹的方法之一是在中子弹周围包一层材料,该材料的原子核与中子相互作用瞬间释放出高能γ射线。

  EMP弹的特点一是作用范围大。一枚100万吨当量的EMP在距地面400千米高空爆炸时,破坏半径可达到2 200千米,尤其是它“无孔不入”:可通过管道、铁轨、孔隙、电缆、接线日,美国在太平洋约翰斯顿岛上空500千米爆炸了一颗140万吨当量核弹头,使1 280千米之外的夏威夷瓦胡岛上大面积停电、电话中断、收音机不响、各种电子仪器故障……后经专家研究才发现罪魁祸首是核电磁脉冲。二是电场强度高,可在大范围内产生强电场。据美国专家估算,如果在美国中部城市圣路易斯上空402~483千米处爆炸一枚400万吨当量核弹,将在全美国大陆及北美大陆主要部分(殃及加拿大)上空产生每米5万伏场强,将使未经采取“加固”措施的通信、交通、国防、金融、公用设施的设备严重受损,其破坏方式主要是烧毁损坏电子设备和线路。三是影响频谱宽。核电磁脉冲覆盖了目前军用和民用通信系统大部分频谱,并很容易通过各种输入端进入电子系统。

  核电磁脉冲不仅可用于毁伤通信指挥系统,还可远距离破坏导弹、弹头、卫星、飞船等内部电子线路。因而在战略防御时,可使来袭导弹或战略轰炸机自毁或失控;战略进攻时,既可作为突防手段毁伤干扰包括卫星预警雷达在内的探测系统,也可直接毁伤干扰敌指挥中心、导弹发射井、太空卫星空间站等指挥通信系统。目前,美、俄尤其是美国正加紧研制这种武器,主要用于美国空军装备的洲际导弹,能在距地面50~100千米的高空爆炸。能瘫痪和毁坏半径500千米以内的无线电电子设施和通信线路。据美专家称,该项工作可能在2001~2004年恢复,2006~2008年开始批量生产。

  在研制第三代核武器的同时,美、俄、法等国正研制与前三代核武器有本质区别的第四代核武器。第四代核武器是以原子武器的原理为基础,用效力很强的高能炸药代替核聚变扳机来提供核裂变所需条件,所用的关键设施是民用研究所使用的惯性约束聚变装置和加速器等装置,即不用传统核爆炸即可释放大量核能,产生大规模杀伤破坏效应又完全不产生剩余核辐射的核武器,因而其发展不受全面禁止核试验条约限制,可以作为常规武器使用因而备受有核武器国家关注,但因其技术复杂研制难度很大,只有那些已掌握了、氢弹核武器,且技术特别是核技术水平高的国家才有能力发展第四代核武器。

  金属氢武器 金属氢在一定的压力下可以转化成固态结晶体,稳定性好,室温下即可长期保存以便制成炸药。金属氢的爆炸威力是的25~35倍,是目前已知威力最大的化学爆炸物。金属氢武器已被列入美国国家重点研究项目。

  反物质武器 众所周知,世界由物质组成,物质由分子组成,分子由原子构成。而原子又由处于中心、带正电荷、质量和整个原子差不多但体积只占原子一小部分的坚硬的原子核和绕核旋转的很轻带负电的电子组成。随后人们通过实验又知道原子核由质子(带正电)和中子(不带电)组成。质子和中子统称为“核子”。1986年,科学家在磁陷阱中首先捕获到反质子(带负电的质子称反质子,带正电的电子称反电子),这一重大的新发现使人类对反物质的性能有了突破性认识。而物质与它的反物质的相互作用,又称湮没反应,可迅速放出巨大能量。仅几微克的反物质就可激励出极强的χ射线和γ射线。因而在军事上有多种用途。目前,美国的费米国家加速器研究所、俄罗斯的高能物质研究所、法国瑞士合建的欧洲核研究中心等机构都在进行反物质的研究和生产。

  核同质异能素武器 所谓原子核的同质异能素是指质量和原子序数相同,但具有不同能量的两个或多个的核素。利用核同质异能素制成的武器叫做核同质异能素武器。这种核武器可通过高能炸药来引爆,可释放大量核能,高能炸药的能量级约为1千焦耳/克,而核同质异能素的爆炸当量是高能炸药的100万倍,其裂变反应的能量是高能炸药的8 000万倍。目前,美国正和法国合作,通过重离子碰撞或聚变中的微爆炸产生的中子脉冲进行核合成而得到这种核同质异能素,并对其性质和释放能量的条件和方式进行系统的研究。

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