氫彈

氫彈

氫彈,也被稱作熱核彈,是利用核子彈爆炸的能量點燃氫的同位素氘等輕原子核的聚變反應瞬時釋放出巨大能量的核武器。它的爆炸過程大致是裂變—聚變—裂變。它的特點是借助熱核反應產生的大量中子轟擊鈾-238,使鈾-238發生裂變反應。這種氫鈾彈的威力非常大,放射性塵埃特別多,所以是一種“骯髒”的氫彈。1953年8月14日,蘇聯總理馬林科夫宣布美國已不再壟斷氫彈的生產了。人類所製造破壞力最大的爆炸裝置為蘇聯于1961年試爆的“沙皇氫彈”(代號“伊凡”),其原有設計擁有一億噸TNT當量,但基于種種考慮,其實際製造當量約為5000萬噸。

  • 中文名稱
    氫彈
  • 外文名稱
    hydrogen bomb
  • 材料
    氘 氘化鋰6 氚 氚化鋰6 TNT
  • 類型
    三相彈 氫鈾彈
  • 體重
    約為5000萬噸
  • 美國氫彈之父
    愛德華.特勒
  • 中國氫彈之父
    鄧稼先、于敏

基本簡介

氫彈是利用核子彈爆炸的能量點燃氫的同位素氘、等質量較輕的原子的原子核發生核聚變反應(熱核反應)瞬時釋放出巨大能量的核武器,又稱聚變彈、熱核彈、熱核武器。

氫彈的殺傷破壞因素與核子彈相同,但威力比核子彈大得多。核子彈的威力通常為幾百至幾萬噸級TNT當量,氫彈的威力則可大至幾千萬噸級TNT當量,其爆炸達到的溫度約為100億度,亦即太陽中心溫度的1000倍。

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氫彈也被稱作熱核彈,是核武器的一種。主要利用氫的同位素(氘、氚)的聚變反應所釋放的能量來進行殺傷破壞。就其原理來說,現在大多數氫彈並不是“純凈”的聚變核武器,確切的說,它們應該叫“三相彈”,裂變引發聚變,聚變釋放出的中子誘發出更劇烈的裂變即所謂的“裂變-聚變-裂變”。正因如此,它才具有了空前絕後的威力。

氫彈的運載工具一般是飛彈或飛機。為使武器系統具有良好的作戰性能,要求氫彈自身的體積小、重量輕、威力大。因此,比威力的大小是氫彈技術水準高低的重要標志。當基本結構相同時,氫彈的比威力隨其重量的增加而增加。

發展歷程 

1949年9月蘇聯的核子彈爆炸實驗成功,使美國大為震驚,從便于戰略考慮必須製造出威力更大的炸彈。

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1950年1月美國總統杜魯門決定研製氫彈。氫彈的研究工作由匈牙利籍的科學家愛德華·泰勒領導,利用核子彈促進爆炸時產生的高溫,使氘發生核聚變反應。

1951年5月,氫彈原理試驗準備工作就序,試驗彈代號“喬治”,在太平洋上的恩尼威托克島試驗場進行。極其笨重(達62噸)的試驗裝置放在60餘米的鋼架上,裝置以液態氘作為核聚變原料,並有冷卻系統使氘處于極低溫。試驗證明爆炸威力大大超過核子彈。

1952年11月1日又一個氫彈試驗裝置“常春藤麥克”在太平洋的埃內韋塔克環礁上爆炸。該裝置高6米,直徑為1.8米,重達65噸,看上去像個大暖瓶,爆炸威力達1000萬噸TNT當量。相當于廣島型核子彈的500倍。“常春藤麥克”體積比一輛載重汽車還大,它必須裝有笨重的製冷系統,這樣的裝置飛機、飛彈都無法運載,沒有什麽實戰價值。

1953年8月,蘇聯宣布氫彈試驗成功,當量40萬噸。其方案是採用鋰的一種同位素鋰─6和氘的化合物──氘化鋰作核燃料。氘化鋰是固體,不需冷卻壓縮,製作成本低、體積小、重量輕、便于運載。這種氫彈稱為“乾式”氫彈,所以蘇聯是第一個成功把氫彈實用化的國家。

1954年,美國的第一顆實用型氫彈在比基尼島試驗成功。

隨後英國(1957年5月15日)擁有氫彈。

中國于1966年12月28日成功地進行氫彈原理試驗,當量30萬噸。1967年6月17日由飛機空投的330萬噸當量的氫彈試驗獲得成功。

法國(1968年8月)也擁有氫彈。

1998年,印度進行了熱核反應實驗,目前可能擁有氫彈或其技術。

反應原理

由于產生聚變反應的輕原子核都帶有正電荷,隻有當它們的速度很高時才能克服正電荷間的靜電斥力,發生顯著的聚變反應。當熱核裝料的溫度很高時,組成裝料的原子核就具備了很高的速度(從而有很高的動能)。利用這種辦法發生的聚變反應叫熱核聚變反應,簡稱熱核反應。輕核中氫的同位素氘和氚原子核間的斥力最小。因此常常被選作氫彈的裝料。

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氘氚原子核間的反應方式有:

D+D→T+p+4.03MeV;

D+D→3He+n+3,27MeV;

D+T→4He+n+17.6MeT

式中,D、T分別代表氘核和氚核,n、p分別代表中子和質子,3HE、4HE分別代表氦C3核和氦C4核。當熱核裝料的溫度為幾百萬至幾億開爾文時,氘氘反應的速率約比氘氚反應快100倍。由于氘氚是氣體或液體,使用起來不大方便。氫彈中常用的熱核裝料是固態氘化鋰C6,其密度約為0.8克/釐米3左右。當鋰-6吸收一個中子時,產生氚;氚與氘反應又產生中子,即進行氚-中子迴圈反應。

氚、中子迴圈一代,消耗一個氘核和一個鋰-6核,放出約22.4兆電子伏的能量。在氫彈中,燒掉1千克氘化鋰-6,釋放4—5萬噸梯恩梯當量左右的能量。創造自持聚變反應所必須的高溫、高密度條件需要大量能量,目前隻能靠核裂變爆炸來完成。因此氫彈裏都有一個起引爆作用的裂變爆炸裝置,即“初級”或“扳機”。

整個爆炸過程雖然極短,但是步驟分明:當雷管引起普通炸葯爆炸時,就將分開的核裝料迅速壓攏,使其達到臨界質量,造成核子彈爆炸,即氫彈的“初級”爆炸;然後核子彈爆炸產生的幾千萬攝氏度高溫,使氘和氚的核外電子流統統剝離掉,成為一團由裸原子核和自由電子所組成的氣體,氘和氚以每秒幾百千米的速度互相碰撞,迅速、劇烈地進行合成氦的反應,巨大的聚變能量迸發而出,就造成氫彈的“次級”爆炸。這就是核子彈“扳機”引爆氫彈的全過程。

武器威力

威力比

所謂威力比是指每公斤重的核子彈所產生的爆炸威力,即爆炸的總當量與核武器重量之比,它是核武的一項極其重要的指標,從威力比的大小,可以看出核武小型化的水準,俄、美兩國在百萬噸當量以上的核子武器,它的威力比水準約為每公斤彈頭達到2500—5000噸當量,20萬噸—100萬噸當量的核武威力比水準大約為每公斤彈頭約2200—2500噸當量,跟威力比有關的另一個問題是分導式多彈頭飛彈的大力發展,由于多彈頭增加了額外的結構重量,所以威力比會相對應地降低,彈頭數目越多,下降的幅度越大。

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核原料利用率

核原料的利用率反映了核武的技術水準,是指在核爆的時候,核彈中有多少核原料產生裂變鏈式反應而釋放了能量,有多少核原料沒有產生裂變鏈式反應而被核彈中的炸葯給炸散了,隨著科學技術的發展,核原料的利用率有了很大的提高,有的已經提高到25%以上,比以前提高了5倍左右,近年來在新型的核武器中,核原料利用率又有新的提高,但是要達到100%幾乎是不可能的事。

幹凈化程度

氫彈所謂幹凈化程度是指核武在爆炸時總能量中裂變能和聚變能所佔的比重,由于現在的氫彈必須依賴核子彈來引爆,所以必然會產生大量的放射性裂變物質,根本談不上什麽幹凈,俄、美兩國自稱已經擁有了所謂的幹凈氫彈,實際上隻是在氫彈爆炸的時候相對地增加了聚變的比重,減少了裂變的比重,使得放射性裂變產物相對地減少了,據說美國的氫彈裂變比重已經降到隻佔總能量的百分之幾。

核突防能力

突防能力也是核武水準高低的一項衡量標準,所謂突防能力,主要是指核武本身突破敵方各種防御措施的能力,例如把單彈頭發展到多彈頭,就是提高核武突防能力的有效手段之一,另外,由于反飛彈武器的出現,人們正利用X射線、γ射線、中子、β粒子、電磁脈沖,以及雷射和粒子束武器等等來對付攻擊性核子武器,這迫使核子武器必須具有相對應的抵抗能力,也就是所謂突防能力,對核武各種部件的薄弱環節進行強化,就是抵抗那些敵方防御手段的有效辦法。

主要缺點

1、在戰術使用上有某種程度上困難。

2、含有氚的氫彈不能長期貯存,因為這種同位素能自發進行放射性蛻變。

3、熱核武器的載具,以及儲存這種武器的倉庫等,都必須要有相當可靠的防護。

氫彈之父

愛德華·特勒于(1908年1月15—2003年9月9日),特勒在美國的國防和能源政策方面發揮過重大作用,全力以赴推動了美國核子彈和氫彈的研製。他一生獲得過無數的獎勵和榮譽,其中的著名獎項包括阿爾伯特·愛因斯坦獎,恩裏科·費米獎以及國家科學獎,2003年7月23日,他還被授予了“總統自由勛章”。愛德華·特勒在過去的半個多世紀中對美國的國防和能源政策發揮了重大影響並且獲得了“氫彈之父”的稱號。

愛德華·特勒愛德華·特勒

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