概念

眾所周知,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),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^(guò)重核裂變觸發(fā)輕核聚變,所以,在物理學(xué)上又將氫彈稱(chēng)為雙相彈。三相彈是在普通氫彈外再包一層貧鈾(鈾238)材料。[4]鈾238這種用于坦克裝甲和穿甲彈的廉價(jià)材料雖然平時(shí)很安分,但當(dāng)氫彈發(fā)生核聚變時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量高能中子,鈾238的鈾核會(huì)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(guò)來(lái)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,接下來(lái)的良性循環(huán)不用再多說(shuō)了??梢?jiàn)其原理是核裂變-核聚變-核裂變?nèi)齻€(gè)過(guò)程,所以叫三相彈。它使普通二相彈的威力得到了成倍提高。
三相彈也稱(chēng)氫鈾彈,爆炸時(shí)先由中心的鈾235或钚239裂變產(chǎn)生超高溫,在這條件下氘(dao,符號(hào)D)和氚(chuan,符號(hào)T)【均為氫的同位素】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?zèng)_擊中子,其速度超出每秒五萬(wàn)千米,能量很大,在這樣高速的中子流的持續(xù)轟擊下,外層的鈾-238這種平時(shí)不易裂變的原子也發(fā)生裂變,釋放巨大的能量,從而獲得氫彈和原子彈的雙重爆炸威力。[2]同時(shí),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?chē)?yán)重,從殺傷力的角度來(lái)說(shuō)更加威懾。打個(gè)通俗的比方,有個(gè)叫原子彈的家伙穿上件熱核材料做的馬甲就成了氫彈,后來(lái)又在外面套上件貧鈾材料(鈾238)做的防彈馬甲就改叫三相彈了。
前面說(shuō)了,三相彈就是一種氫彈。印象中,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,都應(yīng)該是三相彈。雖然沒(méi)看到中國(guó)官方宣稱(chēng)進(jìn)行過(guò)三相彈試爆。
三相彈的制作不難,中國(guó)沒(méi)有它反而是不可思議的。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(lái)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。
理論研究
理論基礎(chǔ)
根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)論質(zhì)能公式可以算出,聚變中每個(gè)氘核放出7.2百萬(wàn)電子伏特的能量。氘核中有2個(gè)核子,平均每個(gè)核子放出3.6百萬(wàn)電子伏特的能量。而一個(gè)鈾核(鈾235)裂變時(shí)放出的能量大約為200百萬(wàn)電子伏特,但鈾核中共有235個(gè)核子,平均每個(gè)核子放出0.85百萬(wàn)電子伏特的能量。這就是說(shuō),單位質(zhì)量的氘聚變所放出的能量是單位質(zhì)量鈾裂變所放出能量的4倍,聚變比裂變可以提供更多的能量。因此,三相彈的威力比原子彈更大。1952年11月1日美國(guó)試驗(yàn)的第一顆三相彈就是利用氘氚聚變反應(yīng)制成的,其爆炸力相當(dāng)于1千萬(wàn)噸TNT炸藥。這顆三相彈的威力雖比投在廣島的那顆原子彈大700倍,但它并不構(gòu)成軍事威脅,無(wú)實(shí)戰(zhàn)價(jià)值,因?yàn)樗捏w積比載重汽車(chē)還大,重達(dá)65噸,根本無(wú)法用飛機(jī)或?qū)椷\(yùn)載。這顆三相彈如此龐大的主要原因是:為了在極短的時(shí)間(百萬(wàn)分之幾秒)內(nèi)有足夠多的輕核燃料參加聚變反應(yīng),必須增大物質(zhì)的密度,即增大原子核相互碰撞的機(jī)會(huì)、縮小原子核之間的距離。為此要把氘氚變成攝氏零下二百多度的液體,因而裝置了笨重的冷藏設(shè)備。反應(yīng)原理
輕核聚變放出的能量比重核裂變多,但是輕核聚變的條件是相當(dāng)苛刻的。因?yàn)樵雍硕紟д?,它們之間總有電性排斥力存在。為了使它們克服這種排斥力而結(jié)合起來(lái),必須使它們以極高的速度運(yùn)動(dòng)、相互碰撞。提高原子核運(yùn)動(dòng)速度的最簡(jiǎn)單方法就是把核聚變材料的溫度升到足夠高。據(jù)計(jì)算,若使聚變反應(yīng)時(shí)氘核的平均速度為每秒300公里,所需的溫度至少在1千萬(wàn)度以上。因此氫核聚變也稱(chēng)熱核反應(yīng)。熱核反應(yīng)所要求的這種超高溫在自然界中只存在于太陽(yáng)之類(lèi)的恒星內(nèi)部,在氫彈中必須人為地制造這種超高溫條件。為此,人們利用核裂變產(chǎn)生的熱量來(lái)提高溫度。例如,第一顆三相彈就是首先使雷管引爆普通炸藥,將分開(kāi)著的核裝藥(鈾或钚)迅速壓攏而產(chǎn)生裂變反應(yīng),裂變反應(yīng)產(chǎn)生了超高溫,使氘和氚的核外電子被剝離,成為一團(tuán)內(nèi)裸原子核和自由電子組成的氣體。氘核和氚核以每秒幾百公里的速度互相碰撞,劇烈地進(jìn)行合成氦核的反應(yīng),放出大量的能量,完成三相彈的爆炸過(guò)程。用固體氘化鋰作為熱核材料的氫彈也是首先引爆原子彈,使重核裂變產(chǎn)生核聚變所需的超高溫,并生成大量的中子以轟擊鋰。
技術(shù)改進(jìn)對(duì)三相彈的研究改進(jìn)主要在3個(gè)方面:
①提高比威力和使之小型化。
②提高突防能力、生存能力和安全性能。
③研制各種特殊性能的三相彈。
三相彈的運(yùn)載工具一般是導(dǎo)彈或飛機(jī)。為使武器系統(tǒng)具有良好的作戰(zhàn)性能,要求三相彈自身的體積小、重量輕、威力大。因此,比威力的大小是三相彈技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志。當(dāng)基本結(jié)構(gòu)相同時(shí),三相彈的比威力隨其重量的增加而增加。
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(guò)了60年代和70年代的發(fā)展,比威力也有較大幅度的提高。但一般認(rèn)為,無(wú)論是大型三相彈還是小型三相彈,它們的比威力似乎都已接近極限。在實(shí)戰(zhàn)條件下,三相彈必須在核戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中具有生存能力和突防能力。因此,對(duì)三相彈進(jìn)行抗核加固是一個(gè)重要的研究課題。此外,還必須采取措施,確保三相彈在貯存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中的安全。把輕核聚變釋放的巨大能量真正用于軍事領(lǐng)域。這既是軍事家們的需要,也為物理學(xué)家們提供了研究課題。經(jīng)過(guò)人們的努力探求,終于用固態(tài)的氘化鋰取代液態(tài)的氘和氚作熱核裝料。氘化鋰是氘和鋰的化合物。鋰核受中子轟擊進(jìn)行核反應(yīng)生成氚和氦:生成的氚又與氘化鋰中的氘起聚變反應(yīng)放出巨大能量該反應(yīng)生成的中子又與鋰核反應(yīng)生成氚。以上兩個(gè)反應(yīng)互相結(jié)合,反應(yīng)所消耗的氚從鋰核的分裂反應(yīng)中獲得,而鋰的分裂反應(yīng)所需的中子可由氘氚反應(yīng)提供。如此反復(fù)循環(huán),在極短時(shí)間內(nèi)即引起爆炸。這種改進(jìn)后的三相彈無(wú)需冷卻設(shè)備,因而體積小,重量輕、便于運(yùn)輸、成本低。從此,氫彈有了實(shí)戰(zhàn)價(jià)值。
理論創(chuàng)新從理論上講,熱核武器的威力是沒(méi)有限制的。因?yàn)闊岷瞬牧喜皇芘R界質(zhì)量的限制。從實(shí)際上講,熱核武器的威力可以做得相當(dāng)大(幾十萬(wàn)噸、幾百萬(wàn)噸梯恩梯當(dāng)量)、然而,威力越大的熱核武器造成的核污染也越嚴(yán)重,尤其是氫鈾彈。為此,人們作了改進(jìn),利用聚變反應(yīng)制成了中子彈。
優(yōu)點(diǎn)
高殺傷力
三相彈(tri-phasebomb)能量釋放過(guò)程經(jīng)歷由裂變到聚變?cè)俚搅炎?個(gè)階段,它在結(jié)構(gòu)上的顯著特點(diǎn)是以天然鈾或濃縮鈾作熱核 燃料的外殼。當(dāng)氫彈爆炸時(shí),熱核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的大量中子(特別是高能中子)將進(jìn)入殼體,引起鈾核裂變,釋放出能量和裂變中子,同時(shí)裂變中子也進(jìn)入熱核區(qū),與氫核發(fā)生核反應(yīng)生成氦。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,使得氫彈的威力和比威力(即威力與重量的比值)成倍地提高。所以,高威力是三相彈的主要優(yōu)點(diǎn)。三相彈的不足之處是裂變能量所占的份額大,因而放射性污染較嚴(yán)重。
制造成本較低廉
為了進(jìn)一步擴(kuò)大氫彈的威力、人們考慮到氘氚聚變反應(yīng)時(shí)不僅放出巨大的能量,而且產(chǎn)生速度達(dá)每秒5萬(wàn)公里的快速中子,不妨再利用這些快速中子轟擊鈾,使鈾核裂變。因此,人們?cè)跓岷瞬牧贤饷婕恿艘粚逾?38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。這種由裂變引起聚變,又發(fā)生裂變的氫鈾彈稱(chēng)為三相彈。[1]一般來(lái)說(shuō),三相彈的爆炸威力是裂變和聚變各占一半。由于不存在使鈾238發(fā)生自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界狀態(tài)問(wèn)題,所以鈾238做成的殼可以很厚,裂變放出的能量可占總能量的80%。采用這種結(jié)構(gòu)的核武器,不僅威力大,而且鈾238是分離鈾235后的剩余產(chǎn)物,成本低廉。
威力
三相彈具有巨大殺傷破壞威力,它在戰(zhàn)略上有很重要的作用。

1954年2月28日,美國(guó)在馬紹爾群島的比基尼環(huán)礁上進(jìn)行了一次威力約為1500萬(wàn)噸TNT當(dāng)量的三相彈試驗(yàn),由于是地面核爆炸,爆后在南太平洋7000平方海里(約24000平方千米)地區(qū)的上空籠罩著致命的放射性煙霧,使得236名馬紹爾群島居民,31名美國(guó)人,23名日本漁民受到意外的放射性傷害,其中還有1名日本漁民于當(dāng)年9月死亡。同年美國(guó)試爆的另一枚氫彈,代號(hào)為MK一17,也是一枚三相彈,彈長(zhǎng)7.47米,重21 103千克,威力約1 100萬(wàn)噸TNT當(dāng)量。這兩次三相彈試驗(yàn)引起了美國(guó)對(duì)研制“干凈”氫彈(裂變份額很小的氫彈)的關(guān)注。通常,三相彈的裂變份額隨威力的增大而緩慢減小。當(dāng)威力為幾百萬(wàn)噸TNT當(dāng)量或更高時(shí),裂變份額大都在50%左右?;蛘邥?huì)更多,以致毀掉一個(gè)小國(guó)家。受美國(guó)一系列核武器試驗(yàn)的刺激,前蘇聯(lián)共產(chǎn)黨第一書(shū)記赫魯曉夫指示制造一顆更大的氫鈾彈來(lái)應(yīng)對(duì)美國(guó)人的挑釁。在高層的直接領(lǐng)導(dǎo)和親自過(guò)問(wèn)下,到1961年夏天,蘇聯(lián)的一顆1億噸當(dāng)量的超級(jí)氫彈在“阿爾扎馬斯-16”絕密實(shí)驗(yàn)室被制造出來(lái)了,但如何進(jìn)行試爆,卻成了一個(gè)棘手的問(wèn)題。因?yàn)橐M(jìn)行如此大當(dāng)量的核試驗(yàn),很難找到合適的試驗(yàn)場(chǎng)。過(guò)去,蘇聯(lián)的核武器主要是在新地島試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn),但是這個(gè)占地8.26萬(wàn)平方公里的試驗(yàn)場(chǎng)卻遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足這顆氫彈的試驗(yàn)要求。從理論上估算,這顆超級(jí)氫彈在新地島爆炸后,其殺傷半徑約為1000公里。一個(gè)研制者們事先未考慮到的問(wèn)題擺在了眼前:沒(méi)有一個(gè)地方能進(jìn)行試爆!后來(lái),經(jīng)過(guò)反復(fù)論證,才決定采取一種折衷的辦法:裝藥量減為一半,即為原1億噸當(dāng)量的一半 5000萬(wàn)噸。1961年10月30日,一顆直徑為2.5米、長(zhǎng)約12米、尾部有一個(gè)降落傘裝置的超級(jí)氫彈被裝在一架圖-95戰(zhàn)略轟炸機(jī)上迅速向1.5萬(wàn)米升限爬升,向著投放點(diǎn)飛去,并按計(jì)劃在4500米的空中引爆。這架圖-95投彈完畢后飛速逃離,當(dāng)

飛行了250公里后,突然一道白光閃過(guò),隨之飛機(jī)被一股氣浪沖得上下劇烈顛簸,在飛機(jī)身后,一個(gè)閃著橙紅色光芒的蘑菇云迅速膨脹并盤(pán)旋上升。在爆炸的中心地帶,厚3米、方圓15-20公里的冰層被汽化,修筑在爆炸地進(jìn)行試驗(yàn)的工事消失得無(wú)影無(wú)蹤,坦克的炮塔被毀,其他物體也橫七豎八地躺在地上,已經(jīng)看不出原來(lái)的模樣。那些被用來(lái)做實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物,已根本找不到影子了。在距離爆炸點(diǎn)500公里范圍內(nèi)的動(dòng)物大多全身脫毛,然后痛苦地死去。真是慘不忍睹,駭人聽(tīng)聞。這顆被稱(chēng)為“赫魯曉夫炸彈”的核彈之王使蘇聯(lián)人奪回了第一把核彈交椅。美國(guó)軍界一些人試圖用1億噸級(jí)的核彈遏制蘇聯(lián)的優(yōu)勢(shì)。但此舉并未獲得多數(shù)人支持,因?yàn)槠孀非髴?zhàn)略核武器的大威力意義并不大。危害
造成輻射危害:
1、對(duì)空氣環(huán)境、水源、土壤造成輻射性污染;
2、對(duì)人的影響表現(xiàn)在核輻射,也叫做放射性物質(zhì),放射性物質(zhì)可通過(guò)呼吸吸入,皮膚傷口及消化道吸收進(jìn)入體內(nèi),引起內(nèi)輻射,y輻射可穿透一定距離被機(jī)體吸收,使人員受到外照射傷害。身體接受的輻射量越多,致癌風(fēng)險(xiǎn)越大,罹患甲狀腺癌比例快速增加、白血病病例的增加數(shù)量、畸形嬰兒出生率會(huì)升高。