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科普 | 氢弹及其爆炸原理

原子弹爆炸是核反应,非化学变化。

化学变化中原子不可再分,核反应中有新的原子出现,故不是化学变化。

原子弹爆炸是重核裂变,氢弹爆炸是轻核聚变。

在现代核武库中,氢弹占有重要地位。氢弹也被称作热核弹。氢弹是利用轻核聚变反应制成的炸弹,参加反应的物质主要是氢的同位素氘和氚。太阳向外辐射光和热就是氘和氚核聚变反应的结果。聚变反应需要极高温度,所以氢弹要靠原子弹来引爆。同原子弹相比,氢弹的威力要大得多,如果把原子弹比作火柴头的话,那么氢弹就相当于大炮仗。

经实验测定,1千克氘氚混合物全部发生聚变反应,能释放5.8万吨梯恩梯的爆炸当量。由此可以想见氢弹威力之大了。

由于氘和氚在常温常压下是气体,在实际应用中必须制成液体,这就需要极高的压强。所以直接作为氢弹装料是很困难的。像1952年美国爆炸的第一个热核装置,其质量竟达65吨。这样的装置要用火车运载,用于实战是非常困难的。

后来,科学家找到一种新的热核装料,即氘化锂(锂-6)。它的成本比氚要低得多,并且避免了氚的半衰期短的问题(氚的半衰期只有12.6年)。氘化锂的爆炸原理是,原子弹引爆时,大量高能中子与锂-6原子核发生核反应并产生氚,氚与氘发生热核反应,并释放出巨大的能量。为什么用氘化锂也可以进行热核反应呢?这是因为中子打在锂上就会产生氚,同时氘化锂中的氘和氘发生反应也可产生氚和中子。

常见的氢弹是一种三相弹,也称作“氢铀弹”。它的爆炸过程大致是:裂变—聚变—裂变。它的核装料中,最外部是铀-238,里面包裹着一个氢弹。它的特点是,借助热核反应产生的大量中子轰击铀-238,使铀-238发生裂变反应。这种氢铀弹的威力非常大,放射性尘埃特别多,所以是一种“肮脏”的氢弹。

为了改善中国的核防卫能力,中国也于1967年成功地爆炸了氢弹,并且成为世界上第4个拥有氢弹的国家。这要感谢我们的于敏老大,没有出过国,但是搞出来的东西一来就是高大上,体积小,威力大,可以长期保存。

利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘、氚等轻原子核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。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同,但威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级梯恩梯当量,氢弹的威力则可大至几千万吨级梯恩梯当量。还可通过设计增强或减弱其某些杀伤破坏因素,其战术技术性能比原子弹更好,用途也更广泛。

1942年,美国科学家在研制原子弹的过程中,推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃轻核,引起聚变反应,并想以此来制造一种威力比原子弹更大的超级弹。1952年11月1日,美国进行了世界上首次氢弹原理试验。从50年代初至60年代后期,美国、苏联、英国、中国和法国都相继研制成功氢弹,并装备部队。

氢弹具有巨大杀伤破坏威力,它在战略上有很重要的作用。对氢弹的研究与改进主要在3个方面:①提高比威力和使之小型化。②提高突防能力、生存能力和安全性能。③研制各种特殊性能的氢弹。

氢弹的运载工具一般是导弹或飞机。为使武器系统具有良好的作战性能,要求氢弹自身的体积小、重量轻、威力大。因此,比威力的大小是氢弹技术水平高低的重要标志。当基本结构相同时,氢弹的比威力随其重量的增加而增加。20世纪60年代中期,大型氢弹的比威力已达到了很高的水平。小型氢弹则经过了60年代和70年代的发展,比威力也有较大幅度的提高。但一般认为,无论是大型氢弹还是小型氢弹,它们的比威力似乎都已接近极限。在实战条件下,氢弹必须在核战争环境中具有生存能力和突防能力。因此,对氢弹进行抗核加固是一个重要的研究课题。此外,还必须采取措施,确保氢弹在贮存、运输和使用过程中的安全。

在某些战争场合,需要使用具有特殊性能的武器。至80年代初,已研制出一些能增强或减弱某种杀伤破坏因素的特殊氢弹,如中子弹、减少剩余放射性武器等。中子弹是一种以中子为主要杀伤因素的小型氢弹。减少剩余放射性武器(Reduced-Residual-Radioactivity weapon)亦称RRR弹,也属于一种以冲击波毁伤效应为主,放射性沉降少的氢弹。一枚威力为万吨级梯恩梯当量的RRR弹,剩余放射性沉降可比相同当量的纯裂变弹减少一个数量级以上,因而是一种较好的战术核武器。从总的趋势来看,对氢弹的研究,更多的注意力可能会转向特殊性能武器方面。

目前已确信拥有核武器的国家为:


美国,约6000枚战略核武器及1670至3300枚战术核武器;


俄罗斯,约5500战略核武器及3000到4000枚战术核武器;


法国,384枚战略核武器及60到80枚战术核武器;


英国,185枚战略核武器;


中国,130件核弹(含战略弹头),80件预备核弹


印度,30到100枚核武器;


巴基斯坦,15到50枚核武器.


到目前还不能确信拥有核武器的国家是:


以色列,100到200枚核武器;


朝鲜,1到2枚核武器.

为了让大家对各类核武器有一个直观的人是,化学与人生小编找到了下面的图片:


上图中,拿放大镜才能看到的小蘑菇是1000吨当量的小型原子弹种的。最大的是史上最大的氢弹“沙皇大炸弹,Tzar Bomba”种的。(话说,大毛真的很野蛮)广岛原子弹“小男孩”大约相当于1.2万,大家可以找找位置,大约是右边第一格的1/10处。

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