三相弹 :第二类核武器

更新时间:2023-07-18 17:34

三相弹(tri-phase bomb)也称“氢弹”或“肮脏”氢弹。是一种在爆炸而释放能量的过程中,经历着由裂变到聚变再到裂变三个阶段的氢弹,是最早用做武器的一种普通氢弹。

三相弹在结构上是在热核装料外包一层铀238外壳,聚变反应时,先由中心的铀235或239裂变产生超高温,在进行热核反应,在高速冲击中子流的持续轰击下,外层铀-238发生裂变,可获得氢弹和原子弹双重爆炸威力。

1954年3月1日,美国马绍尔群岛进行了第一次氢铀弹爆炸,造成远离爆炸中心200千米处的一艘日本渔船上23人全部由于放射性尘埃的污染而得了放射病。因此称之为“肮脏”氢弹。

概念

普通氢弹是在原子弹的基础上,外面包一层热核材料(氘、),由裂变反应放出热量导致聚变反应,进而释放出更多的能量。因为它是通过重核裂变触发轻核聚变,所以,在物理学上又将氢弹称为双相弹。

三相弹是在普通氢弹外再包一层贫铀(铀238)材料,爆炸时先由中心的铀235或钚239裂变产生超高温,在这条件下氘和氚进行热核反应,如同氢弹一样释放出巨大能量,产生大量快速冲击中子,其速度超出每秒五万千米,在高速的中子流的持续轰击下,外层的铀-238的原子发生裂变,释放巨大的能量,从而获得氢弹原子弹的双重爆炸威力。铀238这种用于坦克装甲和穿甲弹的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,加剧新一轮的热核聚变。三相弹的原理是核裂变-核聚变-核裂变三个过程,所以叫三相弹。同时,这种爆炸产生的铀-238碎片很多,于地面形成的放射性污染也很严重,从杀伤力的角度来说更加威慑。

三相弹是氢弹的一种。世界上大多数氢弹,特别是用于战略核弹的大当量氢弹,都是三相弹。三相弹是为增大威力而产生的,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,但并非通常意义上的脏弹。

发展历程

研制背景

美苏冷战时期,美苏双方为了追求更大的核武器当量,研制了三相弹。

研制历程

在50年代初,美国苏联已经成功地制成了多级型热核炸弹。1952年10月31日,美国进行了世界上首次氢弹试验。这颗氢弹的核材料是液态的氛和的混合物,所以叫做“湿法”氢弹,其重量达65吨,此无法用飞机运载,只能放在地面爆炸,爆炸威力为1000万吨三硝基甲苯当量。

前苏联于1953年8月12日进行氢弹试验,他们首次用固化物氯化锂(LiD)作为热核装料,称为“干法”氢弹,它的体积和重量均可大大缩小,有可能用飞机投放。

1954年3月1日美国马绍尔群岛进行的第一次氢铀弹爆炸,当时远离爆炸中心200千米处的一艘日本渔船上,有23人全部由于放射性尘埃的污染而得了放射病,其中一个人半年后死亡。因此,人们称之为“肮脏”氢弹。

原理及结构

技术原理

要想使原子弹发生爆炸,只需要有相应的中子发生器适时提供若干“点火”的中子就可以了。氢弹要发生爆炸,就没有那么简单了。我们知道,要使两个原子核聚合在一起,形成一个重核,就必须克服带正电的原子核之间的排斥力。要冲破两个原子核之间的排斥力,就必须设法让一个原子核以极高的速度向着另一个原子核冲过去,一直冲到能够发生核聚变的距离上,那么,这两个原子核就结合在一起了。物理学知识告诉我们,分子运动的速度会随着物质温度的升高而加快。因此,只要将轻核材料的温度升高到足够高,聚变反应就能够实现。

科学家在氢弹中设计了一个来“点燃”热核爆炸的起爆原子弹,并把它称为“扳机”系统。原子弹“扳机”是怎样引爆氢弹的呢?让我们看看氢弹结构示意图和它爆炸的过程。氢弹是由3种炸弹组成:在它的弹壳里,有液态氛作为热核材料,里面是原子弹,由铀作为核装料,另外还有普通炸药作为引爆装置。整个爆炸过程虽然极短,但是步骤分明:

当雷管引起普通炸药爆炸时,就将分开的核装料迅速压拢,使其达到临界质量,造成原子弹爆炸,即氢弹的“初级”爆炸;然后原子弹爆炸产生的几千万摄氏度高温,使氛和氟的核外电子流统统剥离掉,成为一团由裸原子核和自由电子所组成的气体——等离子体,氯和氟以每秒几百千米的速度互相碰撞,迅速、剧烈地进行合成氨的反应,巨大的聚变能量进发而出,就造成氢弹的“次级”爆炸。这就是原子弹“扳机”引爆氢弹的全过程。

基本结构

三相弹,又称为氢铀弹,是最早用做武器的一种普通氢弹。在结构上是以天然铀或浓缩铀作为热核燃料的外壳,把热核燃料包裹起来。在氢弹爆炸时,热核聚变反应产生的大量中子由内向外运动进入外壳时,引起铀核裂变而释放出巨大的能量和裂变中子;与此同时,裂变中子向内运动进入热核区,与锂-6核发生反应生成氟。这种结构为热核燃料的充分反应创造了更为有利的条件。加上铀壳本身释放的巨大能量,使氢弹的威力大大提高。这种氢弹实际是由原子弹一氢弹一原子弹组成的,所以又叫做三相热核炸弹。

优点

高威力

当氢弹爆炸时,热核聚变反应产生的大量中子将进入壳体,引起铀核裂变,释放出能量和裂变中子,同时裂变中子与氢核发生核反应生成氨。因此,这种氢弹结构可为热核燃烧创造更为良好的条件,加之铀壳本身释放的大量能量,使氢弹的威力成倍地提高。这也是三相弹的主要优点,不足之处是放射性污染较严重。

比威力

20世纪60年代中期,大型三相弹的比威力已达到了很高的水平。小型三相弹则经过了20世纪六七十年代的发展,比威力也有较大幅度的提高。如果将三相弹运用在实战环境中,三相弹就不仅仅是具有核战争环境中的生存能力,而且还必须具有突防能力。因此,对于三相弹的突防能力仍然是重要的研究课题。另外,三相弹的威力无比,因此,不仅仅是在实用时有严格的要求,在其贮存、运输等过程中,也要保证其绝对的安全。

低成本

为了进一步增强氢弹的威力,人们在热核材料外面加了一层由铀-238制成的外壳,让聚变反应中产生的快速中子轰击铀-238的原子核,使其又发生裂变并放出大量能量,从而制成了威力更大的氢铀弹。因为铀-238在发生自持链式反应时,不存在临界状态的问题。所以,铀-238的外壳可以制作得很厚,在铀-238裂变之后所释放的能量可以达到80%。这种厚外壳结构的核弹威力很大,并且所采用的材料是分离铀-235后的剩余产物,在价格方面具有一定的优势。

缺点

三相弹是在氢弹的外面包上一层厚厚的铀-238,因铀-238没有临界质量的问题,所以可做得很厚,这种氢铀弹爆炸时,裂变能和聚变能可以各占一半左右,也可以使裂变能达到80%左右。这种氢铀弹爆炸后的放射性产物污染严重。

危害

对人体的危害

核武器爆炸可瞬间产生巨大能量,对人员和物体造成杀伤破坏作用及效果。其杀伤因素包括光辐射冲击波早期核辐射和放射性沾染。

光辐射

核爆炸时发出闪光和形成火球,闪光持续时间短,其紫外线可造成暂时性视力障碍(闪光盲)。火球持续时间较长,放出红外线和可见光,能造成皮肤、眼底等部位的烧伤;还可使易燃物起火而引起烧伤。

冲击波

爆炸产生巨大的超压和动压,可直接引起人体的冲击伤;还可以冲击物体,间接伤及人体,造成创伤。

早期核辐射

核爆炸十几秒钟内放出大量γ射线和中子流,二者具有很强的穿透力,使人体组织发生电离。中子流还能使氮、钠、钾、锰、铝、铁等元素感生放射性。人体受一定剂量核辐射后,即发生急性放射病

放射性核沾染

核爆炸裂变产物、未分裂的核装料及感生放射性物质,形成放射性灰尘,沾染自然环境,人体沾染后可受γ射线和B射线作用而致病。

对环境的危害

三相弹引爆后会产生辐射,对空气环境、水源、土壤造成辐射性污染。

防护

听到空袭警报来不及进入工事或发现明亮巨大闪光时,可采取的防护方法有:

以上参考:

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