核子彈

核子彈

核子彈(Atomic bomb)是核武器之一,是利用核反應的光熱輻射、沖擊波和感生放射性造成殺傷和破壞作用,以及造成大面積放射性污染,阻止對方軍事行動以達到戰略目的的大殺傷力武器。主要包括裂變武器(第一代核武,通常稱為核子彈)和聚變武器(亦稱為氫彈,分為兩級及三級式)。亦有些還在武器內部放入具有感生放射的輕元素,以增大輻射強度擴大污染,或加強中子放射以殺傷人員(如中子彈)。

核武器是指利用能自持進行核裂變聚變反應釋放的能量,產生爆炸作用,並具 有大規模殺傷破壞效應的武器的總稱。其中主要利用鈾235(厬U)或鈈239(厱Pu)等重原子核的裂變鏈式反應原理製成的裂變武器,通常稱為核子彈;主要利用重氫(dao H,)或超重氫(chuan H,氚)等輕原子核的熱核反應原理製成的熱核武器或聚變武器,通常稱為氫彈

中國在1964年10月16日成功爆炸了第一顆核子彈,根據解密的資料,為了這顆核子彈的爆炸,中國一共花費了28億人民幣。1967年6月17日又成功地進行了首次氫彈試驗,打破了超級大國的核壟斷、核訛詐政策,為中華人民共和國作出了巨大貢獻。

  • 中文名稱
    核子彈
  • 外文名稱
    Atomic bomb

結構原理

能量威力

石油等礦物燃料燃燒時釋放的能量,來自化合反應。 一般化學炸葯如TNT(TNT)爆炸時釋放的能量,來自化合物的分解反應。在這些化學反應裏,碳、氫、氧、氮等原子核都沒有變化,隻是各個原子之間的組合狀態有了變化。核反應與化學反應則不一樣。在核裂變或核聚變反應裏,參與反應的原子核都轉變成其他原子核,原子也發生了變化。人們習慣上稱這類武器為原子武器。但實質上是原子核的反應與轉變,所以稱核武器更為確切。

核子彈核子彈

核武器爆炸時釋放的能量,比隻裝化學炸葯常規武器要大得多。例如,1千克鈾全部裂變釋放的能量約8×10焦耳,比1千克TNT炸葯爆炸釋放的能量4.19×10焦耳約大2000萬倍。核武器爆炸釋放的總能量,即其威力的大小,常用釋放相同能量的TNT炸葯量來表示,稱為TNT當量。美、蘇等國裝備的各種核武器的TNT當量,小的僅1000噸,甚至更低;大的達1000萬噸,甚至更高。

核武器爆炸,不僅釋放的能量巨大,而且核反應過程非常迅速,微秒級的時間內即可完成。因此,在核武器爆炸周圍不大的範圍內形成極高的溫度,加熱並壓縮周圍空氣使之急速膨脹,產生高壓沖擊波。地面和空中核爆炸,還會在周圍空氣中形成火球,發出很強的光輻射。核反應還產生各種射線和放射性物質碎片;向外輻射的強脈沖射線與周圍物質相互作用,造成電流的成長和消失過程,其結果又產生電磁脈沖。這些不同于化學炸葯爆炸的特征,使核武器具備特有的強沖擊波、光輻射、早期核輻射放射性沾染核電磁脈沖等殺傷破壞作用。核武器的出現,對現代戰爭的戰略戰術產生了重大影響。

核子彈主要是利用核裂變釋放出來的巨大能量來起殺傷作用的一種武器。它與核反應堆一樣,依據的同樣是核裂變鏈式反應。按理,反應堆既然能實現鏈式反應,那麽隻要使它的中子增殖系數k大于1,不加控製,鏈式反應的規模將越來越大,則最終會發生爆炸。也就是說,反應堆也可以成為一顆“核子彈”。實際上也是這樣,若增殖系數k大于1而不加控製的話,反應堆確實會發生爆炸,所謂反應堆超臨界事故就是屬于這樣一種情況。反應堆重達幾百噸、幾千噸,無法作為武器使用。而且在這種情況下,裂變物質的利用率很低,爆炸威力也不大。要製造核子彈,首先要減小臨界質量,同時要提高爆炸威力。這就要求核子彈必須利用快中子裂變體系,裝葯必須是高濃度的裂變物質,同時要求裝葯量大大超過臨界質量,以使增殖系數k遠遠大于1。

核子彈的裝葯,能大量得到、並可以用作核子彈裝葯的還隻限于鈾235、鈈239和鈾233三種裂變物質。235是核子彈的主要裝葯。要獲得高加濃度的鈾235並不是一件輕而易舉的事,這是因為,天然鈾235的含量很小,大約140個鈾原子中隻含有1個鈾235原子,而其餘139個都是鈾238原子;尤其是鈾235和鈾238是同一種元素的同位素,它們的化學性質幾乎沒有差別,而且它們之間的相對質量差也很小。用普通的化學方法無法將它們分離;採用分離輕元素同位素的方法也無濟于事。

鈾濃縮方法

為了獲得高加濃度的235,早期,科學家們曾用多種方法來攻此難關。最後“氣體擴散法”終于獲得了成功。鈾235原子約比鈾238原子輕1.3%,如果讓這兩種原子處于氣體狀態,鈾235原子就會比鈾238原子運動得稍快一點,這兩種原子就可稍稍得到分離。氣體擴散法所依據的,就是鈾235原子和鈾238原子之間這一微小的質量差異。這種方法首先要求將鈾轉變為氣體化合物。六氟化鈾是唯一合適的一種氣體化合物。這種化合物在常溫常壓下是固體,但很容易揮發,在56.4℃即升華成氣體。鈾235的六氟化鈾分子與鈾238的六氟化鈾分子相比,兩者質量相差不到百分之一,但事實證明,這個差異已足以使它們分離了。

核子彈爆炸核子彈爆炸

六氟化鈾氣體在加壓下被迫通過一個多孔隔膜。含有鈾235的分子通過多孔隔膜稍快一點,所以每通過一個多孔隔膜,鈾235的含量就會稍增加一點,但是增加的程度是十分微小的。要獲得幾乎純的鈾235,就需要讓六氟化鈾氣體數千次地通過多孔隔膜。

氣體擴散法投資很高,耗電量很大,但這種方法仍是實現工業套用的唯一方法。為了尋找更好的鈾同位素分離方法,許多國家做了大量的研究工作,已取得了一定的成績。例如離心法已向工業生產過渡,噴嘴法等已處于中間工廠試驗階段,而新興的冠醚化學分離法和雷射分離法等則更有吸引力。可以相信,今後一定會有更多更好的分離鈾同位素的方法付諸實用,氣體擴散法的壟斷地位必將結束。

核子彈的另一種重要裝葯是鈈239。鈈239是通過反應堆生產的。在反應堆內,鈾238吸收一個中子,不發生裂變而變成鈾239,鈾239衰變成鎿239239衰變成鈈239。由于鈈與鈾是不同的元素,因此雖然隻有很少一部分鈾轉變成了鈈,但鈈與鈾之間的分離,比起鈾同位素間的分離來卻要容易得多,因而可以比較方便地用化學方法提取純

核試驗爆炸核試驗爆炸

鈾233也是核子彈的一種裝葯,它是通過釷232在反應堆內經中子轟擊,生成釷233,再相繼經兩次β衰變而製得。

從上面可以看到,後兩種裝葯是通過反應堆生產的。它們是依靠鈾235裂變時放出的中子生成的,也就是說,它們的生成是以消耗鈾235為代價的,絲毫也離不開鈾235。從這個意義上來說,完全可以把鈾235稱作“核火種”,因為沒有鈾235就沒有反應堆,就沒有核子彈,就沒有大規模的原子能利用。

有了核裝葯,隻要使它們的體積或質量超過一定的臨界值,就可以實現核子彈爆炸了。隻是這裏還有一個核子彈的引發問題,也就是如何做到:不需要它爆炸時,它就不爆炸;需要它爆炸時,它就能立即爆炸。這可以通過臨界質量或臨界尺寸的控製來實現。從原理上講,最簡單的核子彈採用的是所謂槍式結構。兩塊均小于臨界質量的鈾塊,相隔一定的距離,不會引起爆炸,當它們合在一起時,就大于臨界質量,立刻發生爆炸。但是若將它們慢慢地合在一起,那麽鏈式反應剛開始不久,所產生的能量就足以將它們本身吹散,而使鏈式反應停息,核子彈的爆炸威力和核裝葯的利用率就很小,這與反應堆超臨界事故爆炸時的情況有些相似。因此關鍵問題是要使它們能夠極迅速地合在一起。

這可以象旁圖所示的那樣,將一部分鈾放在一端,而將另一部分鈾放在“炮筒”內,借助于烈性炸葯,極迅速地將它們完全合在一起,造成超臨界,產生高效率的爆炸。為了減少中子損失,核裝葯的外面有一層中子反射層;為了延遲核裝葯的飛散,核子彈具有堅固的外殼。

“小男孩”結構

1945年8月,美國投到日本廣島的那顆核子彈(代號叫“小男孩”)採用的就是槍式結構,彈重約4100公斤,直徑約71釐米,長約305釐米。核裝葯為鈾235,爆炸威力約為14000噸TNT當量。在槍式結構中,每塊核裝葯不能太大,最多隻能接近于臨界質量,而決不能等于或超過臨界質量。因此當兩塊核裝葯合攏時,總質量最多隻能比臨界質量多出近一倍。這就使得核子彈的爆炸威力受到了限製。

前蘇聯第一顆核子彈前蘇聯第一顆核子彈

另外在槍式結構中,兩塊核裝葯雖然高速合攏,但在合攏過程中所經歷的時間仍然顯得過長,以致于在兩塊核裝葯尚未充分合並以前,就由自發裂變所釋放的中子引起爆炸。這種“過早點火”造成低效率爆炸,使核裝葯的利用率很低。一公斤鈾235(或鈈239)全部裂變,大約能釋放18000噸TNT當量的能量,一顆核子彈的核裝葯一般為15~25公斤鈾235(或6~8公斤鈈239),以此計算,“小男孩”的核裝葯利用率還不到百分之五。

鈾在正常壓力下的密度約為19克/釐米。在高壓下,鈾可被壓縮到更高的密度。研究表明,對于一定的裂變物質,密度越高,臨界質量越小。根據這一特徵,在發展槍式結構的同時,還發展了一種內爆式結構。在槍式結構中,核子彈是在正常密度下用突然增加裂變物質數量的方法來達到超臨界,而內爆式結構核子彈則是利用突然增加壓力,從而增加密度的方法達到超臨界。

在內爆式結構中,將高爆速的烈性炸葯製成球形裝置,將小于臨界質量的核裝料製成小球,置于炸葯中。通過電雷管同步點火,使炸葯各點同時起爆,產生強大的向心聚焦壓縮波(又稱內爆波),使外圍的核裝葯同時向中心合攏,使其密度大大增加,也就是使其大大超臨界。再利用一個可控的中子源,等到壓縮波效應最大時,才把它“點燃”。這樣就實現了自持鏈式反應,導致極猛烈的爆炸。內爆式結構優于槍式結構的地方,在于壓縮波效應所需的時間遠較槍式結構合攏的時間短促,因而“過早點火”的幾率大為減小。這樣,內爆式結構就可以使用自發裂變幾率較大的裂變物質,如鈈239作核裝葯;同時使利用效率大為增。

“胖子”結構

美國投于日本長崎的那顆核子彈(代號叫“胖子”),採用的就是內爆式結構,以鈈239作核裝葯。彈重約4500公斤,彈最粗處直徑約152釐米,彈長約320釐米,爆炸威力估計為20000噸TNT當量。

核子彈的進一步發展就是氫彈,或稱為熱核武器。氫彈利用的是某些輕核聚變反應放出的巨大能量。它的裝葯可以是氘和氚,也可以是氘化鋰6,這些物質稱為熱核材料。按單位重量的物質計,核聚變反應放出的能量比裂變反應更多,而且沒有所謂臨界質量的限製,因而氫彈的爆炸威力更大,一般要比核子彈大幾百倍到上千倍。

不過熱核反應隻有在極高的溫度(幾千萬度)下才能進行,而這樣高的溫度隻有在核子彈爆炸時才能產生,因此氫彈必須用核子彈作為點燃熱核材料的“雷管”。氫彈爆炸時會放出大量的高能中子,這些高能中子能使鈾238發生裂變。因此在一般氫彈外面包一層鈾238,就能大大提高爆炸威力。這種核彈的爆炸,經歷裂變一聚變—裂變三個過程,所以稱為“三相彈”。它的特點是成本低、威力大、放射性污染多。

還有一種新型核彈,即所謂中子彈。中子彈實際上可能是一種小型氫彈,隻不過這種小型氫彈中裂變的成分非常小,而聚變的成分非常大,因而沖擊波和核輻射的效應很弱,但中子流極強。它靠極強的中子流起殺傷作用,據稱能做到“殺人而不毀物”。核子彈是用鈾製造的,也可以用鈈製造,但鈈是通過鈾而製得的。而氫彈則必須用核子彈來引。因此,歸根結幫,核武器、熱核武器的製造都離不開鈾。因此,在過去,在今天,在今後相當長一個時期內,最重的天然元素之所以重要,首先在于軍事上的需要。

發展歷史

核武器系統,一般由核戰鬥部、投射工具和指揮控製系統等部分構成,核戰鬥部是其主要構成部分。核戰鬥部亦稱核彈頭,並常與核裝置、核武器這兩個名稱相互代替使用。 實際上,核裝置是指核裝料、 其他材料、起爆炸葯與雷管等組合成的整體,可用于核試驗,但通常還不能用作可靠的武器;核武器則指包括核戰鬥部在內的整個核武器系統。核武器的出現,是20世紀40年代前後科學技術重大發展的結果。

廣島市被核子彈炸後的景象廣島市被核子彈炸後的景象

1939年初,德國化學家O.哈恩和物理化學家F.斯特拉斯曼發表了鈾原子核裂變現象的論文。幾個星期內,許多國家的科學家驗證了這一發現,並進一步提出有可能創造這種裂變反應自持進行的條件,從而開闢了利用這一新能源為人類創造財富的廣闊前景。但是,同歷史上許多科學技術新發現一樣,核能的開發也被首先用于軍事目的,即製造威力巨大的核子彈,其進程受到當時社會與政治條件的影響和製約。

從1939年起,由于法西斯德國擴大侵略戰爭,歐洲許多國家開展科研工作日益困難。 同年9月初,丹麥物理學家N.H.D.玻爾和他的合作者J.A.惠勒從理論上闡述了核裂變反應過程,並指出能引起這一反應的最好元素是同位素鈾235。 正當這一有指導意義的研究成果發表時,英、法兩國向德國宣戰。

1940年夏天,德軍佔領法國。法國物理學家J.-F.約裏奧-居裏領導的一部分科學家被迫移居國外。英國曾製訂計畫進行這一領域的研究,但由于戰爭影響,人力物力短缺,後來也隻能採取與美國合作的辦法,派出以物理學家J.查德威克為首的科學家小組,赴美國參加由理論物理學家J.R.奧本海默領導的核子彈研製工作。

在美國,從歐洲遷來的匈牙利物理學家齊拉德·萊奧首先考慮到,一旦法西斯德國掌握核子彈技術可能帶來嚴重後果。經他和另幾位從歐洲移居美國的科學家奔走推動,于1939年8月由物理學家A.愛因斯坦寫信給美國第32屆總統F.D.羅斯福,建議研製核子彈,才引起美國政府的註意。但開始隻撥給經費6000美元,直到1941年12月日本襲擊珍珠港後,才擴大規模,到1942年8月發展成代號為“曼哈頓工程區”的龐大計畫,直接動用的人力約60萬人,投資20多億美元。到第二次世界大戰即將結束時製成 3顆核子彈,使美國成為第一個擁有核子彈的國家。

製造核子彈,既要解決武器研製中的一系列科學技術問題,還要能生產出必需的核裝料鈾235、鈈239。天然鈾中同位素鈾235的豐度僅0.72%,按核子彈設計要求必須提高到90%以上。當時美國經過多種途徑探索研究與比較後,採取了電磁分離、氣體擴散和熱擴散三種方法生產這種高濃鈾。供一顆“槍法”核子彈用的幾十千克高濃鈾,是靠電磁分離法生產的。建設電磁分離工廠的費用約3億美元(磁鐵的導電線圈是用從國庫借來的白銀製造的,其價值尚未計入)。鈈239要在反應堆內用中子輻照鈾238的方法製取。 供兩顆“內爆法”核子彈用的幾十千克鈈239,是用3座石墨慢化、水冷卻型天然鈾反應堆及與之配套的化學分離工廠生產的。以上事例可以說明當時的工程規模。由于美國的工業技術設施與建設未受到戰爭的直接威脅,又掌握了必需的資源,集中了一批國內外的科技人才,使它能夠較快地實現核子彈研製計畫。

德國的科學技術,當時本處于領先地位。1942年以前,德國在核技術領域的水準與美、英大致相當,但後來落伍了。美國的第一座試驗性石墨反應堆,在物理學家E.費密領導下,1942年12月建成並達到臨界;而德國採用的是重水反應堆,生產鈈239,到1945年初才建成一座不大的次臨界裝置。為生產高濃鈾,德國曾著重于高速離心機的研製,由于空襲和電力、物資缺乏等原因,進展很緩慢。A.希特勒迫害科學家,以及有的科學家持不合作態度,是這方面工作進展不快的另一原因。更主要的是,德國法西斯頭目過分自信,認為戰爭可以很快結束,不需要花氣力去研製尚無必成把握的核子彈,先是不予支持,後來再抓已困難重重,研製工作終于失敗。

1945年5月德國投降後,美國有不少知道“曼哈頓工程區”內幕的人士,包括以物理學家J.弗蘭克為首的一大批從事這一工作的科學家,反對用核子彈轟炸日本城市。當時,日本侵略軍受到中國人民長期抗戰的有力打擊,實力大大削弱。美、英在太平洋地區的進攻,又幾乎全部摧毀日本海軍,海上封鎖使日本國內的物資供應極為匱泛。在日本失敗已成定局的情況下,美國仍于8月6日、9日先後在日本的廣島和長崎投下了僅有的兩顆核子彈。

日本核子彈爆炸幸存者日本核子彈爆炸幸存者

蘇聯在1941年6月遭受德軍入侵前,也進行過研製核子彈的工作。鈾原子核的自發裂變,是在這一時期內由蘇聯物理學家Г.Н.弗廖羅夫和Κ.А.佩特扎克發現的。衛國戰爭爆發後,研製工作被迫中斷,直到1943年初才在物理學家И.В.庫爾恰托夫的組織領導下逐漸恢復,並在戰後加速進行。1949年8月,蘇聯進行了核子彈試驗。1950年1月,美國總統H.S.杜魯門下令加速研製氫彈。1952年11月,美國進行了以液態氘為熱核燃料的氫彈原理試驗,但該實驗裝置非常笨重,不能用作武器。1953年8月,蘇聯進行了以固態氘化鋰6為熱核燃料的氫彈試驗,使氫彈的實用成為可能。 美國于1954年2月進行了類似的氫彈試驗。英國、法國先後在50和60年代也各自進行了核子彈與氫彈試驗。

中國在開始全面建設社會主義時期,基礎工業有了一定的發展,即著手準備研製核子彈。1959年開始起步時,國民經濟發生嚴重困難。 1959年6月,蘇聯政府撕毀中蘇在1957年10月簽訂的關于國防新技術協定,隨後撤走專家,中國決心完全依靠自己的力量來實現這一任務。中國首次試驗的核子彈取"596"為代號,就是以此激勵中國軍民大力協同做好這項工作。1964年10月16日,首次核子彈試驗成功。經過兩年多,1966年12月28日,小當量的氫彈原理試驗成功;半年之後,于1967年6月17日成功地進行了百萬噸級的氫彈空投試驗。中國堅持獨立自主、自力更生的方針,在世界上以最快的速度完成了核武器這兩個發展階段的任務。

武器分類

美國對日本投下的兩顆核子彈,是以帶降落傘的核航彈形式,用飛機作為運載工具的。以後,隨著武器技術的發展,已形成多種核武器系統,包括彈道核飛彈、 巡航核飛彈、 防空核飛彈、反飛彈核飛彈、反潛核火箭、深水核炸彈、核航彈核炮彈核地雷等。其中,配有多彈頭的彈道核飛彈,以及各種發射方式的巡航核飛彈,是美、蘇兩國裝備的主要核武器。

胖子核子彈胖子核子彈

通常將核武器按其作戰使用的不同劃分為兩大類,即用于襲擊敵方戰略目標和防御己方戰略要地的戰略核武器,和主要在戰場上用于打擊敵方戰鬥力量的戰術核武器。蘇聯還劃分有“戰役戰術核武器”。核武器的分類方法,與地理條件、社會政治因素有關,並不是十分嚴格的。自70年代末以後,美國官方檔案很少使用“戰術核武器”,代替它的有“戰區核武器”、“非戰略核武器”等,並把中遠程、中程核飛彈也劃歸這一類。

已生產並裝備部隊的核武器,按核戰鬥部設計看,主要屬于核子彈和氫彈兩種類型。至于核武器的數量,並無準確的公布數位,有關研究機構的估計數位也不一致。按近幾年的資料綜合分析,到80年代中期,美、蘇兩國總計有核戰鬥部50000枚左右,佔全世界總數的95%以上。其梯恩梯當量,總計為120億噸左右。而第二次世界大戰期間,美國在德國和日本投下的炸彈,總計約200萬噸梯恩梯,隻相當于美國B-52型轟炸機攜載的2枚氫彈的當量。從這一粗略比較可以看出核武器庫貯量的龐大。

美蘇兩國進攻性戰略核武器(包括洲際核飛彈、潛艇發射的彈道核飛彈、巡航核飛彈和戰略轟炸機)在數量和當量上比較,美國在投射工具(陸基發射架、潛艇發射管、飛機)總數和梯恩梯當量總值上均少于蘇聯,但在核戰鬥部總枚數上多于蘇聯。考慮到核爆炸對面目標的破壞效果同當量大小不是簡單的比例關系,另一種估算辦法是以一定的沖擊波超壓對應的破壞面積來度量核戰鬥部的破壞能力,即取核戰鬥部當量值(以百萬噸為計算單位)的2/3次方為其“等效百萬噸當量”值(也有按目標特徵及其分布和核攻擊規模大小等不同情況,選用小于2/3的其他方次的),再按各種核戰鬥部的枚數累計算出總值。按此法估算比較美、蘇兩國的戰略核武器破壞能力,由于當量小于百萬噸的核戰鬥部枚數,美國多于蘇聯,兩國的差距並不很大。

核子彈核子彈

但自80年代以來,隨著蘇聯在分導式多彈頭飛彈核武器上的發展,這一差距也在不斷擴大。而對點(硬)目標(見點目標)的破壞能力,則核武器投射精度起著更重要的作用,由于在這方面美國一直領先,仍處于優勢。除美、蘇、英、法和中國已掌握核武器外,印度在1974年進行過一次核試驗。一般認為,掌握必要的核技術並具有一定工業基礎及經濟實力的國家,也完全有可能製造核子彈。

研製試驗

鈾235、鈈239等核材料的生產外,核戰鬥部本身的研製,必須與整個核武器系統的研製程式協調一致。研製過程大致如下:從構想階段開始;經過關鍵技術課題和部件的預先研究或可行性研究,形成包括重量、尺寸、形式、威力、核材料、核試驗要求、研製工期、經費等內容的幾種設計方案;再經過論證比較和評價,選定設計方案,確定戰術技術指標;然後進行型號研究設計、各種模擬試驗;工藝試驗與試製,通過核試驗檢驗設計的合理性,最後達到設計定型、工藝定型與批準生產。進行這些工作,要有專門的科技隊伍,並配備必要的試驗場所,包括核試驗場。武器交付部隊後,研製和生產部門還要提供維護、修理、更換部件等服務工作,按反饋的信息進行必要的改進,並負責其退役處理或更新。

要做好核戰鬥部的設計,必須深入了解其反應過程,弄清其必須具備的條件與各種物理參數,掌握其中多種因素的內在聯系與變化規律。為此,要進行原子核物理、中子物理、高溫高壓凝聚態物理、超音速流體力學、爆轟學、計算數學和材料科學等多學科的一系列科學技術問題的研究,而核戰鬥部的研製實踐又會反過來帶動和促進這些學科的發展。

在研製過程中,以下環節起著重要作用:

①要用快速的、大容量電子電腦進行反應過程的理論研究計算,這種計算應盡可能接近實際情況,以便從多種構想或設計方案中找出最優方案,從而節省費用與減少核試驗次數。20世紀40年代以來,推動電子電腦技術迅速發展的重要因素之一,正是由于核武器研製的需要。

②要按照方案或指標要求,反復進行多方面的模擬試驗,包括化學炸葯爆轟試驗,材料與強度試驗,環境條件試驗,控製、 點火與安全試驗等。 這些都是為達到核武器高度可靠和安全所必不可少的。

③要進行必要的核試驗。無論是電子電腦上的大量計算,還是相應的模擬試驗,總不能達到百分之百地符合核武器方案的真實情況。特別是氫彈聚變反應所必需的高溫條件,還隻能由裂變反應來提供(利用雷射或粒子束的慣性約束技術來創造這種模擬試驗條件,直到80年代初仍處于研究階段)。因此,能否達到設計要求,還必須通過核裝置本身的爆炸試驗進行檢驗。當然,核試驗所起的作用並不限于此。正是由于核試驗在核武器研製中起著關鍵作用,美、蘇兩國為限製其他國家研製核武器,于1963年簽訂了一個並不禁止進行地下核試驗的《禁止在大氣層、外層空間和水下進行核武器試驗條約》,1974年又簽訂了一個仍然適合它們需要的限製地下核試驗當量的條約。

核能價值

作為武器的核子彈和氫彈終究是要被消滅的。但是作為放出巨大能量的核爆炸,卻在和平建設中有著吸引入的套用前景。由于核爆炸釋放出的能量特別巨大,所以它能使許多用其它方法不可能完成的工作得以完成。核爆炸可以用來開山、闢路、挖掘運河、建造人工港口等。例如,有一個方案,隻需四次核爆炸就可開鑿一個能停泊萬噸巨輪的海港。首先,進行一次百萬噸梯恩梯當量級的核爆炸,就可炸出一個直徑300多米、深30多米的大坑。然後進行三次規模較小的核爆炸,開出一條運河來把大坑和深海連線起來(這樣的爆炸當然應盡量減少放射性物質的產生)。隻要經過幾個月的時間,當海潮把產生的少許放射性物質沖走後,這個海港就可安全使用了。

又如,許多地區有大量石油瀝青沙層和油頁岩,靠鑽井並不能開採這種石油,但是核爆炸的高溫高壓能迫使這種石油流動,因而可以把它開採出來。據稱,單把美國西部一個區域內的油頁岩中的石油取出來,就可供全世界使用很長一段時間。

至于利用地下核爆炸的高溫高壓,將石墨變成金剛石,利用地下核爆炸的強大中子流生產超鈾元素,則已開始實踐了。

核爆炸還可以改造沙漠,使沙漠變成良田。很多幹旱的沙漠地帶其實也有一些雨水,但是這些雨水多半從地面流進地下河流、流入海中,剩下的一點則很快蒸發淖了,因此地面上沒有一點水分,沙漠成了不毛之地。核爆炸可以造成巨大的積水層—“地下水庫”。雨季時,雨水儲在積水層中,然後慢慢地透過多孔的泥土濕潤地表,使之適合于植物的生長。

和平利用核爆炸的前景確實是令人神往的。歷史將雄辯地證明:人民將徹底埋葬超級大國的核子彈;幾代科學家的辛勤勞動成果,必將完全用來造福于人類。

發展趨勢

由于核武器投射工具準確性的提高,自60年代以來,核武器的發展,首先是核戰鬥部的重量、尺寸大幅度減小但仍保持一定的威力,也就是比威力(威力與重量的比值)有了顯著提高。例如,美國在長崎投下的核子彈,重量約4.5噸,威力約2萬噸;70年代後期,裝備部隊的“三叉戟”Ⅰ潛地飛彈,總重量約1.32噸,共8個分導式子彈頭,每個子彈頭威力為10萬噸,其比威力同長崎投下的核子彈相比,提高135倍左右。威力更大的熱核武器,比威力提高的幅度還更大些。這一方面的發展或許已接近客觀實際所容許的極限。

核子彈核子彈

自70年代以來,核武器系統的發展更著重于提高武器的生存能力和命中精度,如美國的“和平衛士/MX” 洲際飛彈、“侏儒”小型洲際飛彈、“三叉戟”Ⅱ潛地飛彈,蘇聯的SS-24、SS-25洲際飛彈、東風31a,都在這些方面有較大的改進和提高。核戰鬥部及其引爆控製安全保險分系統的可靠性,以及適應各種使用與作戰環境的能力,也有所改進和提高。美、蘇兩國還研製了適于戰場使用的各種核武器,如可變當量的核戰鬥部,多種運載工具通用的核戰鬥部,甚至構想研製當量隻有幾噸的微型核武器。特別是在核戰爭環境中如何提高核武器的抗核加固能力,以防止敵方的破壞,更受到普遍重視。此外,由于核武器的大量生產和部署,其安全性也引起了有關各國的關註(見核武器安全)。

核武器的另一發展動向,是通過設計調整其性能,按照不同的需要,增強或削弱其中的某些殺傷破壞因素。“增強輻射武器”與“減少剩餘放射性武器”都屬于這一類。前一種將高能中子輻射所佔份額盡可能增大,使之成為主要殺傷破壞因素,通常稱之為中子彈;後一種將剩餘放射性減到最小,突出沖擊波光輻射的作用,但這類武器仍屬于熱核武器範疇。至于60年代初曾引起廣泛議論的所謂“純聚變武器”,20多年來雖然做了不少研究工作,例如大功率雷射引燃聚變反應的研究,80年代也仍在繼續進行,但還看不出製成這種武器的現實可能性。

核武器的實戰套用,雖仍限于它問世時的兩顆核子彈,但由于40年來核武器本身的發展,以及與它有關的多種投射或運載工具的發展與套用,特別是通過上千次核試驗所積累的知識,人們對其特有的殺傷破壞作用已有較深的認識(見核武器殺傷破壞效應),並探討實戰套用的可能方式。美、蘇兩國都製訂並多次修改了強調核武器重要作用的種種戰略。

有矛必有盾。在不斷改進和提高進攻性戰略核武器性能的同時,美、蘇兩國也一直在尋求能有效地防御核襲擊的手段和技術。除提高核武器系統的抗核加固能力,採取廣泛構築地下室掩體和民防工程等以減少損失的措施外,對于更有效的偵察、跟蹤、識別、攔截對方核飛彈的防御技術開發研究工作也從未停止過。60年代,美、蘇兩國曾部署以核反核的反飛彈系統。1972年 5月,美、蘇兩國簽訂了《限製反彈道飛彈系統條約》。不久,美國停止“衛兵”反飛彈系統的部署。1984年初,美國宣稱已製訂了一項包括核激發定向能武器、高能雷射、中性粒子束、非核攔截彈、電磁炮等多層攔截手段的“戰略防御倡議”。盡管對這種防御系統的有效性還存在著爭議,但是可以肯定,美、蘇對核優勢的爭奪仍將持續下去。

由于核武器具有巨大的破壞力和獨特的作用,與其說它可能會改變未來全球性戰爭的進程,不如說它對現實國際政治鬥爭已經和正在不斷地產生影響。70年代末,美國宣布研製成功中子彈,它最適于戰場使用,理應屬于戰術核武器範疇,但卻受到幾乎是世界範圍的強烈反對。從這一事例也可以看出,核武器所涉及的鬥爭的復雜性。

中國政府在爆炸第一顆核子彈時即發表聲明:中國發展核武器,並不是由于相信核武器的萬能,要使用核武器。恰恰相反,中國發展核武器,是被迫而為的,是為了防御,為了打破核大國的核壟斷、核訛詐,為了防止核戰爭,消滅核武器。此後,中國政府又多次鄭重宣布:在任何時候、任何情況下,中國都不會首先使用核武器,並就如何防止核戰爭問題一再提出了建議。中國的這些主張已逐漸得到越來越多的國家和人民的贊同和支持。

防護措施

原子武器的爆炸方式有空中、地面(水面)和地下(水下)爆炸。原子武器爆炸時,能產生多種殺傷破壞作用。當核子彈爆炸時,切忌看火球,應立即利用就近的工事和有利地形、地物進行隱蔽。在開闊地面上的人員,要立即背向抱心臥倒。臥倒時收腹,雙手墊胸下,閉眼張口,臉貼于兩臂間。遇熱空氣時暫時憋氣。未來得及離開房間的人員,應避開視窗、火爐等,臥倒在靠爆炸方向的牆根處、桌下或床下。

沖擊波的防護:沖擊波通過凹凸地區以後,沖擊力量明顯減弱,所以在戰壕內、土坑內、土丘後、堅固的矮牆後等亦能起一定防護作用。進入人防工事和坑道內能有效的防護沖擊波傷害。

早期核輻射的防護:早期核輻射作用時間持續幾秒至十幾秒,因此發現閃光後,立即進入掩體或工事,可以減少核輻射的照射劑量。光輻射作用時間很短,其熱能隻能被物體表面吸收,對地下工事不產生破壞作用。

放射性沾染的防護:沾染區的地面劑量率隨著時間的增加而不斷下降。即爆後時間增加至七倍時,地面劑量率約下降到爆後一小時的十分之一,爆後四十九小時約下降到爆後一小時的百分之一。所以應盡量延後進入沾染區。爆炸後,專業人員迅速進入爆區,對居民聚居區、主要道路和重要目標,進行輻射偵察,查明沾染情況和程度,並插上標志,暫時禁止通行。

中國核子彈

方針

毛澤東確立積極防御戰略1956年初至1967年1月,早在50年代中期,黨中央和毛澤東主席就作出了要研製核子彈的決策。根據當時的國際情勢,毛澤東主席確立了積極防御的戰略方針。毛主席決定,為了防御,中國也要搞核子彈。我們不首先進攻別人,但不是消極防御,而是積極防御。這就是說, 如果有人進攻我們,我們要有辦法對付他。這是毛主席一貫的戰略思想。別人如果用核子彈轟炸我們,我們也要有辦法回擊他。所以,中央決定我們也要研製核子彈。

我國第一顆核子彈我國第一顆核子彈

總的方針是自力更生為主,爭取外援為輔。要靠自己研製,同時,要爭取外援 。那個時候西方國家封鎖我們,中蘇關系比較好,我們想爭取蘇聯給我們一些援助。但是,有一條界線,隻是爭取援助,而不是搞合作、不搞共有。也就是說,搞核子彈的科研單位、工廠、各種設備與技術都是中國自己的。你來援助我可以,我歡迎你、感謝你,但是,你不能與我共同擁有,共同使用。這是維護國家主權的大問題。所以,提出自力更生為主,爭取外援為輔,你不要和我一起來共同管這個單位,管這個事情。這就是中央當時搞核子彈的方針,是毛主席高瞻遠矚確立的積極防御的戰略方針。

任務

中央決定以自力更生為主研製核子彈。後來又決定自力更生為主研製飛彈和自行研製人造衛星,統稱“兩彈一星”。核子彈和氫彈是二機部負責,飛彈是國防部五院(後來的七機部)負責。毛主席對核子彈研製有一個批示:“要大力協同做好這件工作。”中國科學院就是按照中央確定的“大力協同”和“三家擰成一股繩”的精神,主要承擔核子彈和飛彈研製中一系列關鍵性的科學和技術任務,包括理論分析、科學試驗、方案設計、研製以至批量製造所需的各種特殊新型材料、元件、儀器、設備等。至于人造衛星,則從構思到建議,都是由中國科學院提出,先後兩次上馬(1958年、1965年)。由以周恩來總理為主任、羅瑞卿為秘書長具體領導這項工作的中央專門委員會批準後,在國防科委的統一組織下,由中國科學院負責整個系統的技術抓總,並負責研製衛星本體,七機部負責運載工具,科學院和四機部共同負責地面測控系統。

中國核子彈之父鄧稼先中國核子彈之父鄧稼先

科學院對黨中央下達的“兩彈一星”任務非常重視,並由裴麗生副院長具體抓“兩彈一星”研究工作的安排落實。為了便于工作,在每一個研究所都安排幾個拔尖的中年科學家作學術秘書,通過他們了解情況,聽取意見,再找其他科學家談工作。中國科學院為了落實“兩彈一星”的研製任務,把管理機構分為兩個口:一個是計畫局,管不承擔國防任務的單位;一個是新技術局,管承擔國防任務的單位。

新技術局管的單位雖然不及計畫局多,但是,它管的所都是大所,參加“兩彈一星”研製任務的科學研究人員佔全院科研人員的三分之二。谷羽是新技術局局長,宋政是副局長,陸綬觀是處長,幫助谷羽工作。谷羽是胡喬木同志的夫人,喬木是毛主席的政治秘書,住中南海。谷羽很熱心、活躍、能幹。她對國家計委和中央各部比較熟悉,去談工作,互相支援、協作,很方便。有時候毛主席向她問起科學院與“兩彈一星”的有關情況,還可以向毛主席當面反映。

新技術局除了項目所需的經費、器材優先得到保證以外,還有很多非標準設備可以安排到各產業部門協助加工製造。研究室、實驗基地用的非標準設備,由科學院研究所設計,由各有關產業部門按時製成,保證質量,按時交付使用。由國防科委統一管這方面的工作,派軍代表駐廠監督,提出設計的研究所也可以派員駐廠監督。

自力更生為主,就是主要靠中國自己的力量開展科研。當時研究核科學與核技術的力量主要集中在中國科學院原子能研究所,還有一些分散在中國科學院的20多個研究所和其他部門的研究機構與大專院校。爭取外援為輔,主要是蘇聯答應幫助我們在北京某地建一個7000千瓦的實驗性原子能反應堆。這個反應堆全部歸中國科學院管。此外,在另一個地方建一個濃縮鈾工廠,造核子彈的關鍵原料是濃縮鈾。

故事

製造核子彈的原料是鈾-235。毛主席找到地質學家李四光,他當時是地質部部長,也是中國科學院副院長。毛主席問:“中國有沒有造核子彈用的鈾礦石? ”李四光說:“有!但是,一般的天然鈾礦石,能作為核子彈原料的成分隻含千分之幾。”要從礦石裏把這千分之幾的鈾提出來,再濃縮成為核子彈的原料,最重要的是要搞濃縮鈾工廠。

我國第一顆核子彈爆炸成功我國第一顆核子彈爆炸成功

為了搞核子彈,中央專門成立了二機部,宋任窮任部長。他比我大四、五歲,我叫他宋大哥。我們在安徽一起工作過幾個月,那是在百萬大軍過長江的時候,中央決定成立安徽省委,他當省委書記兼省政府主席,我當省政府副主席。

我到科學院工作後的一天,宋大哥打電話說要到我家拜訪我。我說:“你不要來,我去,你是大哥呀。”他說:“不行。我一定去你那兒!”因為搞核子彈,自力更生為主,主要靠科學院原子能研究所,為了工作的方便,中央決定把這個所整建製交給二機部,但是對外還叫中國科學院原子能研究所,名義上由科學院和二機部雙重領導。由于研製核子彈的任務繁重,科研力量不夠,于是對任務作了分解,除了原子能所承擔較大一塊任務外,很多重要任務還要由科學院的各研究所來承擔。當然,二機部也找中央各部來承擔一些任務。不過,那時中央各部的研究機構剛剛建立不久,科技力量不強,有的能承擔,有的承擔不了,任務還是落在科學院肩上。原子能所整建製轉到二機部後,骨幹力量還不夠,還要科學院支持,我們又從其他所調給他們一批科技骨幹。

科學院原子能所1956年建在中關村,是當時中關村建築最好的樓。原子能所交給二機部以後,由蘇聯援助建實驗性原子能反應堆。原子能所分為兩部分,大部分人遷到實驗性原子能反應堆那裏。當時科學院搞原子能的有兩個姓楊的科學家:一個楊承宗,從法國留學回來的;一個楊澄中,從英國留學回來的。他倆的名字有些音同字不同。為了區別,我們叫他們“法楊”、“英楊”。“法楊”是搞放射化學的,當時放射化學很關鍵。我們最重要的措施是把楊承宗等一批科學家調到原子能所原子能反應堆那裏去(“英楊”楊澄中留在科學院蘭州近代物理所負責配合原子能所工作)。原子能所的另外一部分人留在中關村搞理論工作。原子能所交給二機部後,我給他們打招呼說,以後科學院開會你們就不要來了,你們到二機部開會去。他們黨委書記、所長卻每次都要參加科學院的會,因為我們當時研究科學政策、科學家政策、知識分子政策問題很多,他們非常願意聽,一定要參加我們的會。當時,科學院很有吸引力。還有從大學調去的化學家汪德熙也到了二機部。

搞核子彈,最重要的問題是濃縮鈾的提煉問題,礦石裏能提出的天然鈾,同位素235含量隻有千分之幾。此外鈾的提煉也很重要。所以,化學方面的科研任務很重。當時科學院有四個最知名的化學研究所都有優秀科學家擔任所長,號稱“四大家族”:一個是上海有機所庄長恭老先生;一個是長春應化所的吳學周先生;還有北京化學所的柳大綱先生。此外,大連化學物理所也是非常強的,那裏有張大煜先生。我對三強說,科學院幾個化學所承擔你的任務, 哪個所能夠承擔什麽任務你都清楚,讓哪個所承擔什麽任務你提出來,我們安排,都選最好的人為你做工作。

當時上海有機所隻有研究力量沒有生產力量,不能夠提供產品。我到科學院以後,讓各所建立小工廠,上海市委還送給我們若幹小廠,給研究所當實驗工廠。而且,還選最好的老師傅。我從鐵道部呂正操部長那裏請來了許多老工人,很不錯。我說你鐵道部有幾千人的機車車輛廠,選一批最好的工人老師傅,來支援科學院吧,我們各個研究所裏也搞附屬工廠。我們需要的儀器設備不自己搞不行。要建立研究室,要研製設備。有的買得到,有的買不到,要自己做。另外,還有很多非標準設備,科研人員設計圖紙,讓工廠做才行。所以,我們從鐵道部選了不少老師傅。我在北京中關村專門召開老工人會,我說你們是金手藝,手是金的,能做出好多好東西!老工人聽了非常高興。另外,從部隊技術兵種的復員兵中,挑選了數千名有技術的戰士當工人,他們起了很大作用。

1960年,蘇聯單方面撕毀協定撤退專家。當時受影響最大的是濃縮鈾廠,關鍵材料蘇聯不給了,整個廠就停頓了。最緊迫的關鍵技術問題有三個:

此外,核子彈爆炸試驗資料的採集,科學院也做了很多工作。那個試驗主要是在空曠無人的地方進行,可以試驗它的破壞力,針對各種建築物、各種生物,包括鐵籠子裏面的猴子、兔子等等。因為核子彈有放射性,看它們受放射性的危害程度有多大。中國科學院有好多所,都派人到基地參加試驗了。

研製費用

1964年10月16日,中國第一顆核子彈爆炸。根據解密的資料,為了這顆核子彈的爆炸,中國一共花費了28億人民幣。結合早前公布的模糊資料,中國在到80年代初為止的整個核計畫上 (第一代核武器的發展研製與工業體系建設),投資相當于一個寶鋼規模的鋼鐵廠——據此估計是300億人民幣。

1955年1月15日,中國啓動代號為02的核武器研製計畫。如果以此計算,十年間平均每年的核子彈發展費用是2.8億。如果是596工程,即中國首顆核子彈研製工程,並以1959年作為計算起點,每年的費用是4.7億。如果極端計算,從1962年正式啓動第一顆核子彈試驗計畫開始,三年間平均每年費用是9.3億元。

提供一些比較資料:

一、三年朝鮮戰爭總費用62億元人民幣,其中蘇聯提供的裝備費用是人民幣 30億。(《劍橋中華人民共和國史1949—1965》的資料是100億美元,錯得離譜)

二、1959年國家預算中,國防費58億元;債務支出11億元;對外援助支出6億元;其它支出2.7億元。

三、大躍進較普遍的估計損失為1200億。

四、償還蘇聯債務總額是59億元,每年10億元。

五、1956年,周恩來宣布無償贈送越南8億元人民幣。

六、中國免除了朝鮮戰爭中對朝鮮援助的14.5億盧布 (折算)債務,1954年—1957年援助16億盧布。

中國的核計畫在1958年全面展開,到了1962年,經過是否下馬的討論以後,轉入決戰階段。中國的原子能工業建設目標是小而全,根據資料,從鈾勘探到製造出第一顆核子彈,按1957年的價格計算,約107億元人民幣,按1981年的價格計算,約128.6億元人民幣。

毛澤東對來訪的蒙哥馬利元帥說過:“我們用很少的一點錢搞試驗。我們沒有雄厚的經濟基礎。 ”這句話的含義應該是核試驗的費用很少,核工業建設應該不屬于核試驗範疇以內。根據以上資料綜合估算,中國爆炸第一顆核子彈直接耗資28億;建設核工業體系與配套開支(如鈾開採等)在數十億人民幣,最多達到80億的規模;除此以外,包括核武裝等其它開支,如核潛艇、飛彈核武器開發等,總額是建設一個寶鋼的代價。這是一個雖然沉重、卻是可以承受的代價,而不是真的“當掉褲子”了。

最大的估計是:為了核計畫,中國在十年間等于又打了兩場朝鮮戰爭,然而卻不再有數十萬生命的犧牲,並讓中華民族永免外敵的大規模侵略!

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