核武器(nuclear weapon)是利用原子核裂變或聚變反應(yīng),瞬間釋放出巨大能量,造成大規(guī)模殺傷和破壞作用的武器。原子彈、氫彈和中子彈統(tǒng)稱核武器。核武器是戰(zhàn)略威懾和扼制常規(guī)戰(zhàn)爭(zhēng)的主要手段,現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)大多是核武器威懾下的常規(guī)武器局部戰(zhàn)爭(zhēng)。
核武器的威力取決于爆炸時(shí)所釋放出的能量,以TNT當(dāng)量(TNt equivalent)表示。所謂TNT當(dāng)量是指核爆炸時(shí)所釋放的能量相當(dāng)于多少噸(t)TNT炸藥爆炸所釋放的能量。
核武器按爆炸威力可分為百噸(102t)級(jí)、千噸(kt)級(jí)、萬(wàn)噸(101kt)級(jí)、十萬(wàn)噸(102kt)級(jí)、百萬(wàn)噸(Mt)級(jí)和千萬(wàn)噸(101Mt)級(jí)。所謂萬(wàn)噸級(jí)核武器,是指其當(dāng)量在萬(wàn)噸數(shù)量級(jí)之內(nèi),即1萬(wàn)噸以上至十萬(wàn)噸以下。其它噸級(jí)的含意依此類推。
核武器按戰(zhàn)斗使用又可分為戰(zhàn)略核武器和戰(zhàn)術(shù)核武器。戰(zhàn)略核武器包括陸基、核潛艇發(fā)射的彈道導(dǎo)彈,遠(yuǎn)程飛行運(yùn)載導(dǎo)彈,巡航導(dǎo)彈核航彈;戰(zhàn)術(shù)核武器包括地面、海上和飛機(jī)上發(fā)射的中短程核彈頭導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、核航彈、以及核大炮、核地雷、核水雷和核魚(yú)雷等。核武器的發(fā)展趨勢(shì)是:增強(qiáng)靈活使用能力,向核彈小型化、彈種多樣化、當(dāng)量可調(diào)化發(fā)展;增強(qiáng)打擊能力,提高命中精度;增強(qiáng)突防能力,發(fā)展多彈狀技術(shù);增強(qiáng)快速反應(yīng)能力。核武器即使在戰(zhàn)爭(zhēng)中不直接使用,也在高科技局部戰(zhàn)爭(zhēng)中起著重要的威懾作用。
一、核武器的爆炸原理及基本構(gòu)造
(一)原子彈
1.爆炸原理:原子彈(atomic bomb)的爆炸原理是重原子核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(chain reaction of heavy nuclear fidssion)。
一些重元素(如235U、239U)的原子核在一個(gè)中子轟擊下,分裂成兩個(gè)質(zhì)量相近的新核(也稱核碎片),并放出2~3個(gè)中子和200MeV能量過(guò)程,稱為重核裂變反應(yīng)。如235U的反應(yīng)式為:
式中:X、Y為新原子核(核碎片)。
每個(gè)重核裂變時(shí)釋放出的2~3個(gè)中子,若有一個(gè)中子再轟擊另一重核引起分裂,分裂后又發(fā)生這樣的反應(yīng);如此能使重核裂變反應(yīng)自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行,稱為重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(圖2-1)。
圖2-1 重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)示意圖
重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),必須在一定質(zhì)量的體積中才能進(jìn)行。能持續(xù)重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)進(jìn)行的裂變物質(zhì)的最小質(zhì)量,叫做臨界量(critical mass),與臨界面質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的體積,叫做臨界體積(critical size)。
2.基本構(gòu)造:原子彈主要由核裝料(235U或239Pu)、引爆裝置、中子源、中子反射層和核裝料彈殼等組成(圖2-2)。
圖2-2 原子彈結(jié)構(gòu)示意圖
3.起爆過(guò)程:當(dāng)引爆裝置點(diǎn)火后,引起各炸藥塊同時(shí)爆炸,產(chǎn)生巨大壓力向中心擠壓,使分裝的、每塊小于臨界質(zhì)量的核裝料,驟然合攏成一個(gè)球體,達(dá)到超臨界狀態(tài)。在中子源發(fā)射的中子轟擊下,引起按等比級(jí)數(shù)發(fā)展的越來(lái)越激烈的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),在極短的時(shí)間內(nèi)使一定的量的重核裂變,釋放巨大能量,形成猛烈的核爆炸。1kg235U或239PU,只需百萬(wàn)分之幾秒,經(jīng)200代就可以全部裂變,釋放的能量相當(dāng)于20ktTNT炸藥爆炸時(shí)所釋放的能量。
。ǘ)氫彈
1.爆炸原理:氫彈(hydrogen bomb)的爆炸原理是輕原子核聚變反應(yīng)(light nuclear fusion reaction)。
一些輕核素(如21H、31H等)的原子核,在幾千萬(wàn)度的高溫下發(fā)生聚變反應(yīng),并放出中子和巨大能量。如:
由于聚變反應(yīng)須在極高溫度下才能進(jìn)行,故聚變反應(yīng)又稱熱核反應(yīng)(thermonuclear reaction),氫彈也叫做核武器(thermonuclear weapon)。
2.基本構(gòu)造:氫彈主要由熱核裝料(通常用氘化鋰)、引爆裝置(為一枚小當(dāng)量原了彈)和彈殼(常摻有238U)等組成(圖2-3)。
圖2-3 氫彈結(jié)構(gòu)示意圖
3.起爆過(guò)程:首先引爆原子彈,氘化鋰在高溫、高壓和中子作用下,鋰即產(chǎn)生氚,隨之氘氚迅速聚合,放出高能中子和巨大能量,引起比原子彈更為猛烈的爆炸。1kg氘氚混合物完全聚變,所釋放的能量為1kg235U或239Pu完全裂變所釋放能量的3~4倍。氫彈是裂變——聚變雙相彈。若彈殼中含有235U,則氘氚聚變產(chǎn)生的高能中子能使235U發(fā)生裂變,增加裂變碎片的產(chǎn)額,提高爆炸威力。這種氫彈稱裂變—聚變—裂變?nèi)鄰棥?/P>