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第14章 核武器家族与信息时代核战略(1)

分门别类——各种核武器分类

个重原子核分裂为质量相接近的两个或几个较轻的原子核,称为核裂变。利用铀235或钚239原子核的自持裂变链式反应原理制成的核武器,称为裂变核武器,通常称为原子弹。平时,原子弹中的铀235和钚239裂变装料处于次临界状态,不会产生核爆炸。起爆时,利用常规炸药爆炸使次临界状态的裂变装料在瞬间达到超临界状态,产生自持裂变链式反应并将反应能量以爆炸形式瞬间释放出来。

一、原子弹的基本结构

原子弹是利用重核裂变反应起杀伤破坏作用的武器。它主要由核装料、引爆装置、弹壳等组成。

核装料目前使用的有铀235和钚239。

引爆装置包括引信、炸药和中子源。用来起爆高能炸药;高能炸药是推动、压缩反射层和核部件的能源;反射层由铍或铀238构原子弹成。铀238不仅能反射中子,而且密度较大,可以减缓核装料在释放能量过程中的膨胀,使链式反应维持较长的时间,从而能提高原子弹的爆炸威力。用特种合金制成,它可以防止缓解过早地飞散,保证核装料链式反应充分进行。

爆炸原理在爆炸前,核装料在弹体内分成几块,每块都小于临界体积(能使链式反应不断地进行下去的核装料的最小体积,称为临界体积),而它们的总体积却大于临界体积。平时只要不把几块核装料合拢在一起,就不会发生爆炸。爆炸时,控制机构先引爆普通炸药,利用炸药爆炸的挤压作用,使几块分开的核装料迅速合拢,总体积大于临界体积。此时,弹体内的中子源(镭和铍)不断地放出中子,引起核装料裂变的链式反应,在极短的时间内(百万分之一秒)放出巨大的能量,引起猛烈的爆炸。原子弹在平时的储存、保管、运输、训练等勤务过程中都必须要保证绝对的安全可靠,因此原子弹内的核材料必须绝对处于次临界状态,只有当原子弹发射出去并且引爆以后才能够自动、迅速地达到超临界。按照核材料达到超临界方式的不同,原子弹可分为枪式原子弹、内爆式原子弹、助爆式原子弹等。

二、氢弹的结构类型

氢弹是利用轻元素原子核的聚变反应,在瞬间释放出巨大能量,起杀伤破坏作用的爆炸性核武器。而借助于原子弹爆炸时产生的高温和高压条件,实现轻核材料的聚变反应,则是氢弹的物理基础。

我们已经知道:氘和氚是最容易发生聚变反应的核素,所以一般的氢弹都选用氘和氚作为核燃料。按照武器中氘氚材料物理状态的不同,在氢弹发展的历史上又先后出现了“湿式”氢弹和“干式”氢弹两种结构类型。

1.湿式氢弹

在氢弹弹壳里装有液态的氘和氚(湿式氢弹由此而得名),这是氢弹的聚变核装药,另外还有三块互相分开的铀或钚块,它们是原子弹的核装药,此外还有高能炸药和引爆装置。当雷管引起高能炸药爆炸时,就将分开的铀(钚)块推到了一起,达到临界质量(枪式),产生原子弹爆炸,原子弹爆炸产生的高温和高压环境又为轻核的聚变反应创造了前提条件。

由于高温和高压,氘和氚的核外电子都离开原子核跑掉了,成为一团由原子核和自由电子所组成的气体(等离子体),此时氘和氚以高速互相碰撞,产生聚变反应,放出大量的能量,形成了氢弹爆炸。世界上的第一枚聚变爆炸装置“迈克装置”就是湿式氢弹。

1952年11月1日,人类历史上进行的第一次聚变爆炸“迈克”的爆炸就像是从地球上升起了一颗人造热核小太阳。“迈克”装置的爆炸在外观及效应上都是可怕的:巨大的火球吞没了位于太平洋的整个试验岛礁,岛上所有的东西都汽化了,爆心处形成了近50米深、直径巨大的弹坑。爆炸冲击波达到了数千米远的距离,在其经过的途中摧毁并清除了一切物体,附近岛屿上的植物及动物被热浪及冲击波清除得一干二净。

试验的目击者描写到:“伴随着极其明亮的闪光,人们马上感觉到热浪,距离可达48~56千米。在海平面看巨大的火球像升起一半的太阳,短暂停留以后迅速膨胀,直径达1.6千米。爆炸后不久就出现了巨大的蘑菇云,好像是支撑在灰褐色的茎上,显然茎是由被抽吸到空中的珊瑚粒子、碎片及水组成的。”

“冲击波及声响大约在爆炸后2.5分时到达海上船只,先是一声剧烈的爆炸声响,随后是拖长的、持续的隆隆声,耳朵感觉到的压力脉冲时间及负压时间特别长。”“开始时,上部烟云显得非常白,但在其上升、扩展过程中,在沸腾翻滚物质的阴影部分很快呈现出微红的褐色。”给予船只上人员的第一个爆炸信号是比太阳还要亮很多倍的闪光,接着是在他们背上的热波。虽然人们背对爆心,并且把双臂交叉抱在墨镜前,炫目的亮光仍然没有被挡住。“”在约56千米处爆炸的亮光至少等于10个太阳“”我简直不敢相信自己的眼睛,大约有32千米宽的火焰射向空中。约有8千米高,持续了大约7秒。然后看到千百吨物质被抛向空中。“”你一定会发誓,整个世界着火了。“”迈克“试验在世界热核武器的发展过程中是一个里程碑,其重要性同裂变武器发展过程中的”三一“试验一样。而在爆炸威力方面,新的氢弹相对于原子弹是一个飞跃,正同原子弹相对于常规炸药的飞跃一样。”迈克“的爆炸威力达到1040万TNT当量,是”三一“试验的500多倍,一个新的破坏界限已经被远远超过!

但是,”湿式氢弹“也有其难以克服的以下两点缺点:首先,使用的热核材料氘和氚在常温和常压下都是气态,密度很小,只有在低温或高压条件下才能成为液体,因此必须放在笨重的冷藏容器中,这样就使得氢弹变成为一个庞然大物,失去了军用价值;此外,氚的成本非常高,半衰期则比较短,致使武器价格昂贵,且无法长久贮存。

2.干式氢弹

由于湿式氢弹具有明显的不足,所以人们又致力于寻找可以替代液态氘和氚的热核材料。

干式氢弹的爆炸过程为:在引爆信号的作用下,高能炸药首先爆炸,压缩位于装置中心部位的裂变材料铀或钚,使其达到超临界状态,形成链式反应;反应释放出大量的能量,压缩位于其外部的聚变材料6LiD,由于这时相当于在6LiD材料的内部爆炸了一颗原子弹,爆心处产生了上百亿个大气压和数千万度的高温,因而6LiD的密度大大提高,进而发生了上述的两个轻核的反应,形成了猛烈的氢弹爆炸。

三、中子弹的特点

中子弹是以高能中子为主要杀伤因素,且相对减弱冲击波和光辐射效应的一种特殊设计的小型氢弹,因此,中子弹更为确切的名字是”增强辐射武器“。

众所周知,一般的核武器都具有冲击波、光辐射、放射性沾染、早期核辐射、核爆电磁脉冲等五种杀伤破坏效应。然而根据作战需要,有时人们需要调整各杀伤破坏因素在核爆炸总能量中所占的比例,于是各种”特殊功能核武器“就应运而生,中子弹就是其中的一种。

与别的武器不同,中子弹爆炸时可以释放出比一般核武器爆炸强得多的中子射流,大大增强了核辐射的毁伤效应,从而对人员等有生力量造成巨大的打击。

中子弹的作用不同于一般核武器,还表现在其放射性沾染程度的不同。一般核武器爆炸后放射性沾染较严重,而中子弹爆炸时的沾染则较轻。正是由于上述特点,所以尽管中子弹的生产所需的材料贵重、技术复杂、造价比普通核弹高许多,但各有核国家仍在大力发展中子弹。从武器性能上讲,中子弹还具有以下突出特点:

(1)中子产量多;

(2)中子能量高;

(3)中子弹当量小;

(4)中子弹的放射性沾染较轻。

一般来讲,裂变产物大都是具有放射性的物质,原子弹爆炸后将不可避免地造成严重的放射性沾染。而聚变反应中所生成的4He原子核是稳定的原子核,不具有放射性,所以是相对”干净“的武器。然而,热核聚变反应需要裂变反应的初始放能来引爆,所以中子弹中仍然有一些裂变产物存在,只不过是它所造成的放射性沾染较轻而已。

从中子弹的上述特性可以看出,中子弹能够有效地杀伤敌方人员,对附近建筑物等设施的连带破坏作用却很小。在某些特定条件下,如不得不在自己国土上作战,对付集群装甲的进攻时,中子弹就是一种非常有效的防御武器。

四、几种发展中的核武器

1.核定向能武器

以核爆炸能作为动力源的定向能武器,称为核定向能武器。这类武器利用核弹释放的巨大能量激励或驱动产生高能的激光束、粒子束、电磁脉冲、等离子体等,并使其定向发射,因此可有选择地攻击目标,能量也更集中,具有可控的特殊杀伤破坏目的。

核定向能武器主要有以下几种:核激励X射线激光器用核爆炸产生的巨大能量激励激光工作物质,使其产生X射线激光的装置,称为核激励X射线激光器。这种激光器若能研制成功,则将具有重量轻、可瞬时发射等优点。它只能在高空使用,其可能的用途是摧毁来袭的大规模齐射核导弹,也可能用于打击天基平台。

核电磁脉冲弹

利用在大气层以上的核爆炸,使之产生大量定向或不定向的强电磁脉冲,以毁坏敌方的通信系统等的核武器,称为核电磁脉冲弹,或EMP弹。它是美国正在研究发展的”第三代核武器“的一个重要组成部分,尚处于探索、预研阶段。其作用可举例如下:一枚威力为百万吨TNT当量的普通氢弹在高空爆炸,在其所能覆盖的地球表面上(爆高为400千米的核爆炸,其覆盖半径为2200千米),最大的电场强度可达1~10万伏/米,频谱主要范围为1万至1亿赫兹。这样强的电磁脉冲作用到电子系统、设备、通信系统中,可产生很高的瞬时感应电压与电流,从而造成毁坏或瞬时电磁干扰。

2.其他核武器

冲击波弹

一种以冲击波效应为主要杀伤破坏因素的特殊性能氢弹。

与中子弹正相反,冲击波弹是在核爆炸时增强其冲击波效应,同时削弱核辐射效应。其确切名称是减少剩余放射性弹,简称RRR弹。

美国1956年便进行了旨在降低放射性沉降的氢弹试验。1980年,宣布研制成功冲击波弹,并称这种核弹的放射性沉降要比同威力纯裂变武器降低一个数量级以上,且光辐射效应的破坏作用也显著减少。其当量小到10吨级,大到1000吨级。据相关报道,在美国核武库中,已经装备了一定数量的冲击波弹。

冲击波弹属于战术核武器,其杀伤破坏作用与常规武器相近,能以地面或接近地面的核爆炸摧毁敌方坚固的军事目标,且产生的放射性沉降较少,爆炸后不久,己方部队即可进入爆区。因此适合在战场上使用。用于攻击战役、战术纵深内重要目标,例如地面装甲车队、集结部队、飞机跑道、港口、交通枢纽、电子设施,也可炸成大弹坑或摧毁重要山口通道以阻止敌军前进。

冲击波弹的内核(扳机)是低当量小型原子弹,外壳采用硼或含氢的材料作为反射阻尼层,使原子弹裂变反应放出的中子减速并被硼或氢吸收而转化成冲击波和光辐射,而使冲击波(超压)成为主要杀伤破坏因素。其当量一般在千吨TNT以下。以对人员杀伤为例,冲击波效应主要以超压的挤压和动压的撞击,使人员受挤压、摔掷而损伤内脏或造成外伤、骨折、脑震荡等。一枚1000吨级当量核弹头低空(60~120米)爆炸时,人员致死和重伤立即丧失战斗力的范围分别是260米和340米。

感生放射性弹

利用核爆炸释放的中子照射某些添加的核素(如钴—59,或锌—64),感生大量半衰期较长的放射性同位素,从而增强放射性沾染的核武器。

伽玛射线弹它爆炸后尽管各种效应不大,也不会使人立刻死去,但能造成放射性沾染,迫使敌人离开。所以它比氢弹、中子弹更高级,更有威慑力。红汞核弹它用红汞(氧化汞锑)作为中子源,由于不用原子弹作为中子源,所以体积和重量大大减少,一般小型的红汞核弹只有一个棒球大小,但当量可达万吨。

三相弹

用中心的原子弹和外部铀238反射层共同激发中间的热核材料聚变,以得到大于氢弹的效力。

普通的氢弹是在原子弹外面包一层热核材料(氘、氚),通过核裂变触发核聚变,我们称它是”二相弹“。

三相弹在普通氢弹外再包一层铀238材料。这种用于坦克装甲和穿甲弹的廉价材料虽然平时很安分,但当氢弹发生核聚变时会产生大量高能中子,铀238的铀核会引起裂变,产生出能量和裂变中子,前者增强了杀伤威力,而后者反过来冲击氢弹中的锂——6材料,制造出新的氚,接下来开始循环。可见其原理是核裂变——核聚变——核裂变三个过程,所以叫三相弹。它使普通氢弹的威力得到了成倍提高。

三相弹就是一种氢弹。印象中,世界上大多数氢弹,特别是用于战略核武器的大当量氢弹,都应该是三相弹。三相弹是为增大威力而产生的,因为要经历两次裂变,三相弹威力中差不多一半是来自裂变,所以造成的放射性沾染严重,是臭名昭著的典型脏弹。

核武器的搭载平台

地战略核导弹是三位一体战略核攻击力量中的主要组成部分。它具有投掷重量大、射程远、命中精度高、反应时间短、戒备率高,以及指挥、控制和通信较为可靠等特点。但是,由于现役地地战略核导弹大都采用地下井固定发射方式,因而战时易遭摧毁,生存能力很低。地地战略核导弹经过几十年的较量,目前已发展了五代。

一、战略核导弹

第一代地地战略核导弹是战后至20世纪50年代末期发展的美苏在纳粹德国V——2弹道导弹的基础上,利用从德国掠取的导弹专家和大批技术资料分别研制的”宇宙神“D、E、F,”大力神“I、”雷神“、”丘比特“和SS——4、SS——5、SS——6型地地核导弹。这一代核导弹只是解决了有无问题,在技术性能方面还比较差,反应时间较长,均为单弹头,圆概率误差(CED)最大能达8000米。当时,导弹的最大射程已达1万公里,起飞重量最大为122吨,弹头威力最大为500万吨梯恩梯当量。

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