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三相彈

 沙澧閑人個人館 2024-09-08 發(fā)布于河南

概念

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三相彈解說(來源:百科局)
普通氫彈是在原子彈的基礎(chǔ)上,外面包一層熱核材料(氘、氚[chuān]),由裂變反應(yīng)放出熱量導(dǎo)致聚變反應(yīng),進(jìn)而釋放出更多的能量。因?yàn)樗峭ㄟ^重核裂變觸發(fā)輕核聚變,所以,在物理學(xué)上又將氫彈稱為雙相彈。[6]
三相彈是在普通氫彈外再包一層貧鈾(鈾238)材料,爆炸時先由中心的鈾235或钚239裂變產(chǎn)生超高溫,在這條件下氘和氚進(jìn)行熱核反應(yīng),如同氫彈一樣釋放出巨大能量,產(chǎn)生大量快速沖擊中子,其速度超出每秒五萬千米,在高速的中子流的持續(xù)轟擊下,外層的鈾-238的原子發(fā)生裂變,釋放巨大的能量,從而獲得氫彈原子彈的雙重爆炸威力。[7][8]鈾238這種用于坦克裝甲和穿甲彈的材料雖然平時很安分,但當(dāng)氫彈發(fā)生核聚變時會產(chǎn)生大量高能中子,鈾238的鈾核會引起裂變,產(chǎn)生出能量和裂變中子,前者增強(qiáng)了殺傷威力,而后者反過來沖擊氫彈中的鋰-6材料,制造出新的氚,加劇新一輪的熱核聚變。三相彈的原理是核裂變-核聚變-核裂變?nèi)齻€過程,所以叫三相彈。[9][10]同時,這種爆炸產(chǎn)生的鈾-238碎片很多,于地面形成的放射性污染也很嚴(yán)重,從殺傷力的角度來說更加威懾。[11][12]
外包鈾材料的三相彈示意圖
大當(dāng)量三相彈爆炸效果
三相彈是氫彈的一種。世界上大多數(shù)氫彈,特別是用于戰(zhàn)略核武器的大當(dāng)量氫彈,都是三相彈。三相彈是為增大威力而產(chǎn)生的,三相彈威力中差不多一半是來自裂變,所以造成的放射性沾染嚴(yán)重,但并非通常意義上的臟彈。[12][13]

發(fā)展歷程

研制背景

冷戰(zhàn)時期,美蘇雙方為了追求更大的核武器當(dāng)量,研制了三相彈。[5][14]

研制歷程

在50年代初,美國前蘇聯(lián)已經(jīng)成功地制成了多級型熱核炸彈。1952年10月31日,美國進(jìn)行了世界上首次氫彈試驗(yàn)。這顆氫彈的核材料是液態(tài)的氛和氟[fú]的混合物,所以叫做“濕法”氫彈,其重量達(dá)65噸,此無法用飛機(jī)運(yùn)載,只能放在地面爆炸,爆炸威力為1000萬噸TNT當(dāng)量。[2]
前蘇聯(lián)于1953年8月12日進(jìn)行氫彈試驗(yàn),他們首次用固化物氯化鋰(LiD)作為熱核裝料,稱為“干法”氫彈,它的體積和重量均可大大縮小,有可能用飛機(jī)投放。[2]
1954年3月1日美國馬紹爾群島進(jìn)行的第一次氫鈾彈爆炸,當(dāng)時遠(yuǎn)離爆炸中心200千米處的一艘日本漁船上,有23人全部由于放射性塵埃的污染而得了放射病,其中一個人半年后死亡。因此,人們稱之為“骯臟”氫彈。[2]

原理及結(jié)構(gòu)

技術(shù)原理

要想使原子彈發(fā)生爆炸,只需要有相應(yīng)的中子發(fā)生器適時提供若干“點(diǎn)火”的中子就可以了。氫彈要發(fā)生爆炸,就沒有那么簡單了。我們知道,要使兩個原子核聚合在一起,形成一個重核,就必須克服帶正電的原子核之間的排斥力。要沖破兩個原子核之間的排斥力,就必須設(shè)法讓一個原子核以極高的速度向著另一個原子核沖過去,一直沖到能夠發(fā)生核聚變的距離上,那么,這兩個原子核就結(jié)合在一起了。物理學(xué)知識告訴我們,分子運(yùn)動的速度會隨著物質(zhì)溫度的升高而加快。因此,只要將輕核材料的溫度升高到足夠高,聚變反應(yīng)就能夠?qū)崿F(xiàn)。[2]
科學(xué)家在氫彈中設(shè)計(jì)了一個來“點(diǎn)燃”熱核爆炸的起爆原子彈,并把它稱為“扳機(jī)”系統(tǒng)。原子彈“扳機(jī)”是怎樣引爆氫彈的呢?讓我們看看氫彈結(jié)構(gòu)示意圖和它爆炸的過程。氫彈是由3種炸彈組成:在它的彈殼里,有液態(tài)氛作為熱核材料,里面是原子彈,由鈾作為核裝料,另外還有普通炸藥作為引爆裝置。整個爆炸過程雖然極短,但是步驟分明:[2]
當(dāng)雷管引起普通炸藥爆炸時,就將分開的核裝料迅速壓攏,使其達(dá)到臨界質(zhì)量,造成原子彈爆炸,即氫彈的“初級”爆炸;然后原子彈爆炸產(chǎn)生的幾千萬攝氏度高溫,使氛和氟的核外電子流統(tǒng)統(tǒng)剝離掉,成為一團(tuán)由裸原子核和自由電子所組成的氣體——等離子體,氯和氟以每秒幾百千米的速度互相碰撞,迅速、劇烈地進(jìn)行合成氨的反應(yīng),巨大的聚變能量進(jìn)發(fā)而出,就造成氫彈的“次級”爆炸。這就是原子彈“扳機(jī)”引爆氫彈的全過程。[2]

基本結(jié)構(gòu)

三相彈,又稱為氫鈾彈,是最早用做武器的一種普通氫彈。在結(jié)構(gòu)上是以天然鈾或濃縮鈾作為熱核燃料的外殼,把熱核燃料包裹起來。在氫彈爆炸時,熱核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的大量中子由內(nèi)向外運(yùn)動進(jìn)入外殼時,引起鈾核裂變而釋放出巨大的能量和裂變中子;與此同時,裂變中子向內(nèi)運(yùn)動進(jìn)入熱核區(qū),與鋰-6核發(fā)生反應(yīng)生成氟。這種結(jié)構(gòu)為熱核燃料的充分反應(yīng)創(chuàng)造了更為有利的條件。加上鈾殼本身釋放的巨大能量,使氫彈的威力大大提高。[4]這種氫彈實(shí)際是由原子彈一氫彈一原子彈組成的,所以又叫做三相熱核炸彈。[2]
氫彈結(jié)構(gòu)示意圖

優(yōu)點(diǎn)

高威力

當(dāng)氫彈爆炸時,熱核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的大量中子將進(jìn)入殼體,引起鈾核裂變,釋放出能量和裂變中子,同時裂變中子與氫核發(fā)生核反應(yīng)生成氨。因此,這種氫彈結(jié)構(gòu)可為熱核燃燒創(chuàng)造更為良好的條件,加之鈾殼本身釋放的大量能量,使氫彈的威力成倍地提高。這也是三相彈的主要優(yōu)點(diǎn),不足之處是放射性污染較嚴(yán)重。[15]

比威力

20世紀(jì)60年代中期,大型三相彈的比威力已達(dá)到了很高的水平。小型三相彈則經(jīng)過了20世紀(jì)六七十年代的發(fā)展,比威力也有較大幅度的提高。如果將三相彈運(yùn)用在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中,三相彈就不僅僅是具有核戰(zhàn)爭環(huán)境中的生存能力,而且還必須具有突防能力。因此,對于三相彈的突防能力仍然是重要的研究課題。另外,三相彈的威力無比,因此,不僅僅是在實(shí)用時有嚴(yán)格的要求,在其貯存、運(yùn)輸?shù)冗^程中,也要保證其絕對的安全。[15]

低成本

為了進(jìn)一步增強(qiáng)氫彈的威力,人們在熱核材料外面加了一層由鈾-238制成的外殼,讓聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的快速中子轟擊鈾-238的原子核,使其又發(fā)生裂變并放出大量能量,從而制成了威力更大的氫鈾彈。因?yàn)殁?238在發(fā)生自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時,不存在臨界狀態(tài)的問題。所以,鈾-238的外殼可以制作得很厚,在鈾-238裂變之后所釋放的能量可以達(dá)到80%。這種厚外殼結(jié)構(gòu)的核武器威力很大,并且所采用的材料是分離鈾-235后的剩余產(chǎn)物,在價格方面具有一定的優(yōu)勢。[15]

缺點(diǎn)

三相彈是在氫彈的外面包上一層厚厚的鈾-238,因鈾-238沒有臨界質(zhì)量的問題,所以可做得很厚,這種氫鈾彈爆炸時,裂變能和聚變能可以各占一半左右,也可以使裂變能達(dá)到80%左右。這種氫鈾彈爆炸后的放射性產(chǎn)物污染嚴(yán)重。[2]

危害

對人體的危害

核武器爆炸可瞬間產(chǎn)生巨大能量,對人員和物體造成殺傷破壞作用及效果。其殺傷因素包括光輻射、沖擊波、早期核輻射和放射性沾染。[16]

光輻射

核爆炸時發(fā)出閃光和形成火球,閃光持續(xù)時間短,其紫外線可造成暫時性視力障礙(閃光盲)?;鹎虺掷m(xù)時間較長,放出紅外線和可見光,能造成皮膚、眼底等部位的燒傷;還可使易燃物起火而引起燒傷。[16]

沖擊波

爆炸產(chǎn)生巨大的超壓和動壓,可直接引起人體的沖擊傷;還可以沖擊物體,間接傷及人體,造成創(chuàng)傷。[16]

早期核輻射

核爆炸十幾秒鐘內(nèi)放出大量γ射線和中子流,二者具有很強(qiáng)的穿透力,使人體組織發(fā)生電離。中子流還能使氮、鈉、鉀、錳、鋁、鐵等元素感生放射性。人體受一定劑量核輻射后,即發(fā)生急性放射病。[16]

放射性核沾染

核爆炸裂變產(chǎn)物、未分裂的核裝料及感生放射性物質(zhì),形成放射性灰塵,沾染自然環(huán)境,人體沾染后可受γ射線和B射線作用而致病。[16]

對環(huán)境的危害

三相彈引爆后會產(chǎn)生輻射,對空氣環(huán)境、水源、土壤造成輻射性污染。[17]

防護(hù)

聽到空襲警報來不及進(jìn)入工事或發(fā)現(xiàn)明亮巨大閃光時,可采取的防護(hù)方法有:
  1. 立即利用地鐵或山洞、地下室、菜窖等空間掩蔽。
  2. 在室外,利用矮墻、土堆、壕溝等地形,閉眼、埋頭、爬臥、屈身進(jìn)行掩蔽。
  3. 在室內(nèi),離開窗戶、衣架和衣柜,鉆入桌下、小開間房間或貼近床、大沙發(fā)等進(jìn)行防護(hù)。
  4. 在汽車上,要立即靠邊停車、剎住,人員低頭把住車上椅背。
  5. 熱浪和爆炸聲過后,幸存人員應(yīng)進(jìn)行皮膚和呼吸道防護(hù),沿城市側(cè)上風(fēng)方向撤離沾染區(qū)。
以上參考:[18]
三相彈爆炸產(chǎn)生的蘑菇云
赫魯曉夫炸彈“大伊萬”

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