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核彈對決:原子彈 氫彈 三相彈 中子彈誰更強?

 心容乾坤 2023-10-16 發(fā)布于河北

上世紀30年代初,英國物理學(xué)家詹姆斯·查德威克,在一次實驗中,發(fā)現(xiàn)了我們這個世界中,構(gòu)成原子核的基本粒子——中子。中子被詹姆斯發(fā)現(xiàn)后,開啟了物理學(xué)的另一扇大門。同時也激發(fā)了美籍意大利著名的物理學(xué)家恩利克·費米的靈感。費米對詹姆斯的發(fā)現(xiàn)興奮不已。于是他用中子去轟擊元素周期表上從頭到尾的各種元素,看看會發(fā)生什么?

果然在轟擊到92號元素鈾的時候,有了改變世界的重大發(fā)現(xiàn)。重量為1克的鈾,在產(chǎn)生裂變后所釋放的能量,相當(dāng)于燃燒3噸煤或200升汽油所釋放的能量。于是費米提出了一種假說,當(dāng)鈾裂變時,會放射中子,而這些中子又會去轟擊其它的鈾核。如此就會發(fā)生一連串的反應(yīng),直到原子被全部分裂才會終止。當(dāng)裂變一直進行下去時,巨大的能量就將爆發(fā)。這就是著名的鏈式反應(yīng)理論。如果根據(jù)鏈式反應(yīng)理論制成炸彈,理論上所產(chǎn)生的TNT當(dāng)量是炸藥的2000萬倍。這也為第一顆原子彈的成功爆炸奠定基礎(chǔ),人類從此邁入原子能時代,而費米也被譽為"原子能之父"

自1945年原子彈被人類發(fā)明以來,已經(jīng)陸續(xù)發(fā)展了氫彈、三相彈、中子彈等核武器。那么問題來了,這些核武器當(dāng)中,誰的威力更大呢?這事兒還得從第一顆原子彈說起。

時間來到1945年7月16日凌晨,美國新墨西哥州阿拉默多爾空軍基地上的所有人員,屏住了呼吸,戴上了墨鏡,都在面朝著沙漠地區(qū),矚目凝望。他們都在等待一個振奮人心的消息。終于在5:30分,一聲巨響撕裂了寧靜的清晨,一朵蘑菇升上了天空。這是人類第一次試爆核武器,沒想到竟然出人意料的成功。其威力相當(dāng)于1.5萬—2萬噸TNT炸藥,這也標志著人類的命運走向了黃昏。

這里簡單的說一下TNT當(dāng)量。TNT原名三硝基甲苯,是一種有機化合物。屬于烈性炸藥。其特點是威力強且安全的炸藥,爆炸所釋放的能量比較恒定,說它安全的原因是即使被子彈擊穿一般也不會燃燒和起爆。是德國化學(xué)家J·威爾勃蘭德在1863年發(fā)明的。后來TNT當(dāng)量用釋放相同能量的TNT炸藥的質(zhì)量,成為了表示核爆炸釋放能量的一種習(xí)慣計量 。

一枚手雷爆炸產(chǎn)生的能量相當(dāng)于226克TNT當(dāng)量;反坦克地雷爆炸所產(chǎn)生的能量,相當(dāng)于5公斤TNT當(dāng)量,一枚戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈所產(chǎn)生的能量相當(dāng)于454 千克TNT當(dāng)量。被稱為炸彈之母的MOAB大型空爆炸彈,所產(chǎn)生的破壞力相當(dāng)于11噸TNT當(dāng)量。這是美軍在2017年4月13日首次在阿富汗使用“炸彈之母”。也是戰(zhàn)場中使用過的最大的非核炸彈。即便如此,炸彈之母所釋放的能量,也只達到了原子彈威力的一千五百分之一。其造成的殺傷力更是不在同一量級,完全沒有可比性。

原子彈

核彈對決:原子彈 氫彈 三相彈 中子彈誰更強?最后一個才是王者

原子彈屬于裂變核武器,也是第一代核彈。其原理就是鈾和钚在核裂變的瞬間,產(chǎn)生巨大的能量。我們知道原子是由原子核和核外電子組成,而原子核又是由質(zhì)子和中子組成的,當(dāng)鈾235原子核受到外來中子轟擊時,一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質(zhì)量較小的原子核,同時放出2-3個中子.裂變產(chǎn)生的中子又去轟擊另外的鈾235原子核,引起新的裂變。也就是說鈾235原子核吸收一個中子之后,就形成了激發(fā)態(tài)的鈾-236。

鈾236非常的不穩(wěn)定,它會立即裂變成鋇(bèi)141和氪(kè)92,同時釋放出2-3個中子。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E=MC2,裂變過程中大量的能量被釋放。同時被釋放的中子再去撞擊其它的鈾235原子,從而形成鏈式反應(yīng)而自發(fā)裂變。進而產(chǎn)生巨大的爆炸。利用核反應(yīng)的光熱輻射、沖擊波和感生放射性造成殺傷和破壞作用,以及造成大面積放射性污染。

原子彈的主要材料元素使用的是鈾和钚,因為這兩種元素比較穩(wěn)定。比如同為放射性元素的镎239,裂變所產(chǎn)生的能量是遠比鈾和钚大的,理論上把它作為核武器的原料,所產(chǎn)生的威力也是遠大于鈾和钚的。但是镎的衰變期只有2.3天,這是1940年,由美國核物理學(xué)家麥克米倫(E.M.McMillan)和艾貝爾森(P.H.Abelson)用中子轟擊鈾獲得半衰期為2.3天镎239。

钚是一種自然界中不存在的元素,屬于人工放射性元素,是由鈾238 吸收中子后生成,再用溶劑萃取和離子交換純化。是美國化學(xué)家西博格等人,在1940年末,于加州大學(xué)伯克利實驗室使用回旋加速器裝置,用加速的氘(dāo)核撞擊鈾-238合成了94號元素钚。到了1941年初,西博格研究小組發(fā)現(xiàn)了钚最重要的同位素钚239,是制造核武器重要的核裝料。它的半衰期為2.41萬年。鈾的半衰期則更長,達到了447萬年。而鈾235的半衰期就更長,它可以達到七億零三百八十萬年(703800000)。

在自然界中,鈾有三種同位素存在,分別是鈾234、鈾235和鈾238.在天然礦石中鈾的3種同位素共生,其中鈾-235的含量非常低,只有約0.7%。在相同質(zhì)量的鈾和钚的填充下,钚彈的威力還會更大一些。但是世界上大部分的原子彈都是鈾裝填的,理由也非常的簡單,因為鈾彈比钚彈更加的穩(wěn)定安全,制造出來的核武器存放50年,威力都不會衰減的。而钚彈存放個7-8年,就不那么穩(wěn)定了。同時還極具污染和放射性,后期處理的難度也非常的大。稍有不慎就會造成巨大的災(zāi)難。

時間來到1945年8月6日,也就是第一顆原子彈試爆成功后的第20天,美國把代號為“小男孩”原子彈。進行了精美的裝飾,打包好后。由美國空軍B-29超級堡壘轟炸機"艾諾拉?蓋",直郵日本。上午9點14分17秒一架裝載著小男孩的B-29上的視準儀,對準了廣島一座橋的正中時,自動投彈裝置被啟動了。60秒鐘后,原子彈從打開的艙門落入空中。

45秒鐘后,原子彈在離地600米的空中爆炸。城市上空卷起了巨大的蘑菇狀煙云。而“小男孩”原子彈的內(nèi)部填充了50千克的鈾235,設(shè)計當(dāng)量為2萬噸TNT。在實際的核爆中,只有1千克的鈾235發(fā)生了裂變,即便如此,在爆炸時所釋放的能量也達到了50億萬焦耳,相當(dāng)于1.5萬噸TNT當(dāng)量。據(jù)估計廣島原子彈造成的軍人傷亡在4萬人左右,負傷和失蹤的為5.1萬余人,建筑物全被毀壞的有4.8萬棟,嚴重毀壞的有2.2萬棟。

3天后也就是1945年8月9日,另一枚代號為“胖子”原子彈被投擲到了長崎,長崎市約60%的建筑物被毀,傷亡8.6萬人,約占全市總?cè)丝诘?7%。被譽為美國原子彈之父的羅伯特·奧本海默,見到自己親手締造的武器,在戰(zhàn)場上的超大殺傷力和破壞力時,他感到深深的自責(zé)。他說:我似乎成為死神,成為世界萬物的毀滅者。

在兩顆原子彈的洗禮下,這讓在中國軍民的全面反擊下,本來就敗局已定的日本帝國主義,更是雪上加霜,加速了日本的投降。于是6天后,也就是1945年8月15日正午,日本裕仁天皇通過廣播,向全體國民宣告,日本愿意接受波次坦公告,選擇無條件投降。

氫彈

時間來到1949年8月29日,哈薩克斯坦草原上的一聲巨響,震驚了世界尤其是美國,這一聲巨響標志著蘇聯(lián)的原子彈試爆成功,從此打破了美國的核壟斷,蘇聯(lián)也成為了第二個擁有原子彈的國家。這讓大洋彼岸的美國,有些坐不住了。于是時任美國總統(tǒng)的杜魯門,從便于戰(zhàn)略的角度考慮,決定制造出威力更大的炸彈——氫彈,俗稱第二代核武器。

由于奧本海默見到原子彈的超強殺傷力和破壞力后,背負著強烈的罪惡感。所以在氫彈的研發(fā)上,奧本海默不再參與相關(guān)的工作。于是這項艱巨的任務(wù)就由美國猶太裔理論物理學(xué)家愛德華·泰勒領(lǐng)導(dǎo),因此他也被稱為氫彈之父。不過這個泰勒在做人上有些不地道。俗話說同行是冤家,而泰勒則喜歡在同行的背后插刀子。在一次聽證會上,泰勒指證奧本海默的政治立場出現(xiàn)嚴重的錯誤,這也讓奧本海默名譽掃地晚節(jié)不保。

氫彈屬于熱核武器,它是利用原子彈爆炸的能量點燃氫的同位素氘、氚等質(zhì)量較輕的原子的原子核發(fā)生核聚變反應(yīng),瞬時釋放出巨大能量的核武器。簡單的說,就是采用原子彈引爆氫彈的方式,利用原子彈釋放出來的高能中子,與氘化鋰反應(yīng)產(chǎn)生氚,然后再由氘和氚聚合產(chǎn)生能量。在裝填相同的核燃料的情況下,氫彈的威力是原子彈的4倍。理論上原子彈的威力通常為幾百至幾萬噸級TNT當(dāng)量,這是因為原子彈有臨界質(zhì)量限制,所以原子彈的威力是有上限的。人類曾經(jīng)試爆的最大原子,是在1952年美國爆炸的一枚常青藤國王”原子彈,爆炸時也只產(chǎn)生了50萬噸的TNT當(dāng)量。這已經(jīng)達到了裂變核武器的極限。

氫彈則不同,可大至幾千萬噸級TNT當(dāng)量。理論上只要燃料充足,威力是沒有上限的。因為氫彈屬于熱核武器,在爆炸時會產(chǎn)生100億度的高溫,也就是太陽中心溫度的1000倍。時間來到1952年11月1日,美國在太平洋比基尼島核試驗基地,成功的試爆了世界上的第一顆氫彈。僅僅過去9月的時間,也就是1953年8月12日清晨,蘇聯(lián)就在位于北極圈弗蘭格爾島上,成功試爆了棕熊的第一顆氫彈,其爆炸產(chǎn)生的能量為50萬噸TNT當(dāng)量。人類有史以來試爆的最大當(dāng)量的氫彈,是蘇聯(lián)研制的AN602沙皇炸彈,綽號大伊萬。沙皇炸彈長8米,彈徑2.1米,彈重約27噸。設(shè)計當(dāng)量為1.7億噸TNT,但基于種種考慮,將“沙皇炸彈”爆炸的當(dāng)量減少為5000萬噸TNT 。即便如此,其威力大的讓人難以想象。

時間來到1961年10月30日上午11點32分,由圖-95V轟炸機搭載“沙皇炸彈”在新地島試驗場的萬米高空完成投擲,并在距離地面4200米的空中將沙皇炸彈被成功引爆。爆炸產(chǎn)生的火球直徑到達了9.2公里,蘑菇云的寬度將近4公里,高度達到了64公里,這個高度是珠穆朗瑪峰的7倍多。在將近1000公里外的地方都能夠看見。

如果當(dāng)時有人站在核爆外的170公里的位置,爆炸產(chǎn)生的熱浪依舊能讓人人受到3級灼傷,屬于嚴重的深度燒傷,可呈現(xiàn)全層皮膚燒傷,深達肌肉甚至骨骼、內(nèi)臟器官等部位。也就是說三級灼傷屬于比較嚴重的燒傷,通常不會自愈。如果有人站在核爆外的220公里,不帶墨鏡觀看這次核爆,此人的眼睛會感到劇烈的疼痛,甚至?xí)l(fā)白內(nèi)障或者失明。核爆后4000公里內(nèi)的飛機、雷達、導(dǎo)彈、通訊設(shè)備都受到不同程度的影響。爆炸后所引發(fā)的大氣擾動環(huán)繞了地球三次 ,并讓整個歐亞大路向前推進了9毫米。而此次的爆炸當(dāng)量相當(dāng)于二戰(zhàn)中使用的爆炸物總和的10倍。

雖然“沙皇炸彈”是人類試爆的TNT當(dāng)量最大的核彈,但是在全世界已知的爆炸事件中,其規(guī)模只能排名第二。因為第一被威爾克斯地隕石坑事件給占了。這是一個距有483公里的隕石坑,事件大概發(fā)生在2.5億年前,一顆隕石撞擊地球,釋放出高達5.0×10^23焦耳的能量,也就是5的后面跟著23個0.相當(dāng)于九十多萬億噸TNT炸藥。足以引發(fā)大海嘯、地震和火山爆發(fā),改變?nèi)驓夂?,造成核子冬天。最直接的后果就是造成二疊紀-三疊紀滅絕事件發(fā)生。

也就是我們常說的恐龍滅絕,很多人會說和恐龍同一時代的動物,不是就有沒有滅絕的嗎?沒錯這就要提到恐龍滅絕的第二大原因,恐龍體型大,食量也大,最重要的是這貨還不會儲存糧食,導(dǎo)致災(zāi)難來臨后,就只能自尋死路了。反而那些體型小食量少的動物活了下來。而“沙皇炸彈”的試爆,也讓人類真正的意識到似乎是玩大了,認為只是單純的增加TNT當(dāng)量,沒有多大的意義。從此人類再也沒有過如此大當(dāng)量的核爆實驗。

氫鈾彈

通過上述,我們知道氫彈是由原子彈引爆的,也就是說氫彈是在原子彈的基礎(chǔ)上,再在外面包一層熱核材料,也就是我們前面提到的氘和氚。然后鈾裂變反應(yīng),釋放出熱量導(dǎo)致聚變反應(yīng),進而釋放出更多更大的能量。而氫鈾彈這是氫彈的升級版,它是以天然鈾作為外殼,在熱核裝料外,包上一層鈾238為外殼。在聚變反應(yīng)時,其過程為裂變-聚變-再裂變的三次核反應(yīng)。因此氫鈾彈也被稱為三相彈。其原理為氫彈在聚變的過程中,會產(chǎn)生大量的高能中子,這些中子會轟擊鈾238的鈾核,導(dǎo)致生產(chǎn)高能量的裂變中子。反過來再轟擊氫彈中的鋰-6材料,從而制造出新的的氚,進而加劇新一輪的熱核聚變。這樣一來,不僅威力得到了成倍提高,污染性和放射性也更強。

時間來到1954年2月28日,美國在馬紹爾群島的比基尼環(huán)礁上進行了一次地面三相彈核爆實驗,爆炸當(dāng)量相當(dāng)于1.5萬噸TNT炸藥。核爆后在南太平洋2.4萬平方千米的區(qū)域上空,籠罩著致命的放射性煙霧。此次核爆實驗造成了31名美國人、馬紹爾群島的236名居民、和日本的23名漁民受到意外的放射性傷害。其中一名日本漁民因放射性傷害,在同年9月含恨而終。前面我就說了三相彈是氫彈的升級版,說白了它就是氫彈的一種,依然屬于第二代核武器。據(jù)了解目前世界上大多數(shù)氫彈,特別是用于戰(zhàn)略核武器的大當(dāng)量氫彈,實際上都是三相彈。大家有沒有注意“兔子”從來沒有說過,自己進行過三相彈的試爆,然而對于“兔子”來說三相彈的研制并不難。所以…………

戰(zhàn)術(shù)核武器

如果在現(xiàn)實世界中發(fā)生核戰(zhàn)爭,戰(zhàn)術(shù)核武器必然是核戰(zhàn)爭舞臺上的主角。戰(zhàn)術(shù)核武器多為熱核氫彈的衍生產(chǎn)品,比如我們熟知的近程地地核導(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)飛機攜帶的核炸彈、戰(zhàn)術(shù)巡航核導(dǎo)彈、艦艦和艦空核導(dǎo)彈、反潛核導(dǎo)彈、核深水炸彈、核炮彈、核地雷等都屬于戰(zhàn)術(shù)核武器。戰(zhàn)術(shù)核武器的主要作用是用于支援海陸空戰(zhàn)場的作戰(zhàn),著重打擊地方戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)縱深內(nèi),重要的目標以及核武器。戰(zhàn)術(shù)核武器具有體積小、重量輕、機動性能好、命中精度高等特點,爆炸所產(chǎn)生的當(dāng)量從百噸、千到十萬噸級TNT不等。比如沖擊波彈、核電磁輻射彈、中子彈等都屬于戰(zhàn)術(shù)核武器。

我們前面了解到,三相彈是在氫彈的外面加上一層鈾238的外殼,氫核聚變時產(chǎn)生的中子被這層外殼大量吸收,產(chǎn)生了許多放射性沾染物。中子彈又稱強型輻射彈,是一種靠微型原子彈引爆的超小型氫彈,外層用鈹反射層包著,高能中子可自由逸出,也就是說在核聚變時產(chǎn)生的大量中子,會毫無阻礙地大量輻射出去。這樣一來不僅減少了光輻射、沖擊波和放射性污染,還能夠利用爆炸瞬間發(fā)出的高能中子輻射來殺傷人員,對建筑物或設(shè)備造成的損害卻很小。中子彈爆炸時,射出的中子數(shù)比同威力的裂變彈要大5-6倍。比如一枚千噸級的中子彈爆炸效力在半徑1000米以內(nèi),各種核爆污染基本上一周就可以降到安全水平。

時間來到1958年,美國著名核物理學(xué)家,有"中子彈之父"稱號的塞姆·科恩,開始著手研發(fā)中子彈。經(jīng)過4年的奮戰(zhàn),終于在1962年由勞倫斯·利弗莫爾核武實驗室研發(fā)成功。然而直到1977年,美國軍方才成功試爆了中子彈。而我國則是在1984年12月19日首次成功試爆中子彈。目前公開宣稱擁有核武器的國家共有9個,分別是美國、俄羅斯、英國、中國、法國、印度、巴基斯坦、以色列和朝鮮。雖然以色列和日本都從未公開進行過核爆實驗,但以色列是被公認的擁核國家,日本則被認為是準核國家。朝鮮進行過三次核試驗,并且正在向著核武器更小型化方向發(fā)展,以便未來能夠?qū)崿F(xiàn)實戰(zhàn)能力。

曾任國際原子能機構(gòu)第4任總干事的穆罕默德·巴拉迪 ,則有不同的看法。他認為目前具有生產(chǎn)核武器的國家應(yīng)該在50個以上,其中有30國家是可以在3個月內(nèi)就完成制造和部署。也就是說一旦戰(zhàn)爭爆發(fā),稍微沒有克制住,就有可能爆發(fā)核戰(zhàn)爭。

作為坐擁世界核武器最多的美俄兩個大國的保證相互毀滅原則。就算是小規(guī)模的核戰(zhàn)爭,進而升級為全面核戰(zhàn)爭的可能性也是很大的。原因很簡單,任何一個超級大國,都不會因為國與國之間的戰(zhàn)爭,弄得兩敗俱傷。眼看著其他國家強大起來。而核大國采取的方法就是把全世界都拖下水。那么問題來了,全世界的核武器同時引爆,會不會毀滅地球呢?

毀天滅地

在我們的印象當(dāng)中,核彈的威力是毀天滅地的。其實核彈的威力是可以通過公式計算出來的。公式為R=C×E^(1/3),其中r為有效殺傷距離,C為比例常數(shù),為1.493885,大概計算可以取1.5;E為爆炸當(dāng)量。

比如爆炸當(dāng)量為10萬噸TNT的核彈其殺傷半徑為:R=1.493885× 10^(1/3) ≈ 3.22千米,其有效殺傷面積為S=π×3.22×3.22≈33平方千米;以此類推100萬噸TNT當(dāng)量的核彈,有效殺傷面積就達到了150平方千米。當(dāng)核爆當(dāng)量達到1億噸TNT當(dāng)量時,有效的殺傷面積為3257平方千米。計算出來的這些數(shù)值,都只是理論上的。在實際使用中可能達不到。比如“沙皇炸彈”的核試驗就遠低于這個數(shù)值。

據(jù)統(tǒng)計,目前全球9個擁核國保有的13865枚核彈頭中,僅有3750枚處于現(xiàn)役狀態(tài),其余10115枚則為儲備核彈頭及等待拆解的廢棄核彈頭。這些核彈頭的當(dāng)量大多是100萬級TNT。如此推算全世界核彈頭的總當(dāng)量在200億噸TNT。根據(jù)公式,可以計算出有效殺傷面積為651400平方千米。而地球面積是5.1億平方千米,其中陸地面積為1.49億平方千米,海洋面積為4.619億平方千米。你算算看,這得需要多少核彈才能毀滅地球。

有科學(xué)家計算過,將地球表明全部玻璃化則需要700億億噸TNT,將地球炸碎則需要70萬億億噸TNT。其實以上的這些核彈在最強王者鈷彈面前都只是個弟弟,不過鈷彈到目前為止依然還處于理論狀態(tài)。據(jù)說一顆就能夠毀滅全人類,真希望鈷彈永遠不要被研發(fā)出來。由于時長的原因,這里就不過多贅述,如果點贊過萬,我就專門做一期關(guān)于鈷彈的視頻。

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