核武器(nuclear weapon)是利用原子核裂變或聚變反應,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)爭的主要手段,現(xiàn)代戰(zhàn)爭大多是核武器威懾下的常規(guī)武器局部戰(zhàn)爭。
核武器的威力取決于爆炸時所釋放出的能量,以TNT當量(TNt equivalent)表示。所謂TNT當量是指核爆炸時所釋放的能量相當于多少噸(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、千噸(kt)級、萬噸(101kt)級、十萬噸(102kt)級、百萬噸(Mt)級和千萬噸(101Mt)級。所謂萬噸級核武器,是指其當量在萬噸數(shù)量級之內(nèi),即1萬噸以上至十萬噸以下。其它噸級的含意依此類推。
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)射的彈道導彈,遠程飛行運載導彈,巡航導彈核航彈;戰(zhàn)術(shù)核武器包括地面、海上和飛機上發(fā)射的中短程核彈頭導彈、巡航導彈、核航彈、以及核大炮、核地雷、核水雷和核魚雷等。核武器的發(fā)展趨勢是:增強靈活使用能力,向核彈小型化、彈種多樣化、當量可調(diào)化發(fā)展;增強打擊能力,提高命中精度;增強突防能力,發(fā)展多彈狀技術(shù);增強快速反應能力。核武器即使在戰(zhàn)爭中不直接使用,也在高科技局部戰(zhàn)爭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
。ㄒ)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式反應(chain reaction of heavy nuclear fidssion)。
一些重元素(如235U、239U)的原子核在一個中子轟擊下,分裂成兩個質(zhì)量相近的新核(也稱核碎片),并放出2~3個中子和200MeV能量過程,稱為重核裂變反應。如235U的反應式為:
式中:X、Y為新原子核(核碎片)。
每個重核裂變時釋放出的2~3個中子,若有一個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;如此能使重核裂變反應自動連續(xù)地進行,稱為重核裂變的鏈式反應(圖2-1)。
圖2-1 重核裂變的鏈式反應示意圖
重核裂變鏈式反應,必須在一定質(zhì)量的體積中才能進行。能持續(xù)重核裂變鏈式反應持續(xù)進行的裂變物質(zhì)的最小質(zhì)量,叫做臨界量(critical mass),與臨界面質(zhì)量相對應的體積,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.起爆過程:當引爆裝置點火后,引起各炸藥塊同時爆炸,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,驟然合攏成一個球體,達到超臨界狀態(tài)。在中子源發(fā)射的中子轟擊下,引起按等比級數(shù)發(fā)展的越來越激烈的重核裂變鏈式反應,在極短的時間內(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,只需百萬分之幾秒,經(jīng)200代就可以全部裂變,釋放的能量相當于20ktTNT炸藥爆炸時所釋放的能量。
(二)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(light nuclear fusion reaction)。
一些輕核素(如21H、31H等)的原子核,在幾千萬度的高溫下發(fā)生聚變反應,并放出中子和巨大能量。如:
由于聚變反應須在極高溫度下才能進行,故聚變反應又稱熱核反應(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>