氢弹

  核武器的一种。是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘等轻原子核的聚变反应瞬时释放出巨大能量的核武器。又称聚变弹 、 热核弹、热核武器。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同,但威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量,氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。还可通过设计增强或减弱其某些杀伤破坏因素,其战术技术性能比原子弹更好,用途也更广泛。 

武器简介

中国第一颗氢弹模型
中国第一颗氢弹模型
  氢弹也被称作热核弹,是核武器的一种。主要利用氢的同位素(氘、氚)的聚变反应所释放的能量来进行杀伤破坏。就其原理来说,现在大多数氢弹并不是“纯净”的聚变核武器,确切的说,它们应该叫“三相弹”,裂变引发聚变,聚变释放出的中子诱发出更剧烈的裂变即所谓的“裂变-聚变-裂变”。正因如此,它才具有了空前绝后的威力。
  氢弹三相弹是目前(2010年)装备得最多的一种氢弹,它的特点是威力和比威力都较大。在其三相弹的总威力中,裂变当量所占的份额相当高。一枚威力为几百万吨TNT当量的三相弹,裂变份额一般在50%左右,放射性沾染较严重,所以有时也称之为“脏弹”。
  氢弹的运载工具一般是导弹或飞机。为使武器系统具有良好的作战性能,要求氢弹自身的体积小、重量轻、威力大。因此,比威力的大小是氢弹技术水平高低的重要标志。当基本结构相同时,氢弹的比威力随其重量的增加而增加。 

氢弹之父

·生平

  -1908年出生于匈牙利
  爱德华·特勒于1908年1月15日出生于匈牙利首都布达佩斯的一个犹太家庭,父亲是一名律师,母亲是钢琴家。和爱因斯坦一样,将近两岁才张口说话的特勒在小学就显露出超人的数学才能。苦于父亲的压力,特勒在德国莱比锡大学学习的是物理,但他从来没有放弃对数学的钻研。1930年,特勒获得了莱比锡大学的物理博士学位,并在德国的一所大学任教。
  -1935年移居美国
  1935年,由于纳粹势力的甚嚣尘上,特勒和妻子米奇被迫离开德国前往美国执教于乔治华盛顿大学,直到1941年才离开该校,而他就是在那一年成为美国公民。
氢弹结构图
氢弹结构图
  -1939年开始投入原子弹研究
  1939年,特勒和其他两名资深核物理学家一起,竭力支持爱因斯坦向当时的美国总统福兰克林·罗斯福写信,说明研制开发原子弹的必要性。在白宫的授意下,由着名核物理学家、“原子弹之父”奥本海默牵头,在新墨西哥州的拉斯阿拉莫斯成立秘密实验室,研制原子弹。1943年,特勒携妻带子离开芝加哥大学,加入了奥本海默制造原子弹的“曼哈顿计划”,并成为该计划的主要研究人员之一。1945年7月16日,世界上第一颗原子弹在新墨西哥州试爆成功。
  -1952年第一枚氢弹试爆成功
  1949年,当苏联研制成功第一枚原子弹之后,特勒力促杜鲁门总统加快氢弹的研究。他也因此重返洛斯阿拉莫斯实验室,全力以赴投入到氢弹的研制工作中去。1952年11月1日,世界上第一个热核聚变装置在太平洋上的恩尼威托克岛爆炸成功。特勒名副其实地成为了“氢弹之父”。
  与此同时,特勒又说服政府在1952年成立了第二个核武器实验室———利弗莫尔国家实验室,他首先出任顾问,于1954年出任副所长,1958年到1960年出任所长。在此之后一直在那里担任顾问,直到1975年退休。
  -1952-1954年卷入“奥本海默风波”
  在利弗莫尔实验室任职期间,他首次公开批评主持曼哈顿计划的着名科学家奥本海默,认为他当时提出的氢弹研制计划进展太慢,以至于让苏联后来居上。之后他又受聘于胡佛研究所担任顾问。他制造更具威力核弹的雄心壮志,遭到了主张集中精力制造原子弹的奥本海默的反对。两人的交恶从此开始。
  在“麦卡锡主义”盛行的20世纪50年代,奥本海默被怀疑成“苏联间谍”而接受联邦调查局的调查,而特勒则是该案的重要证人之一。在听证会上,虽然他没有直接指认奥本海默为间谍,但他所作的“奥本海默诸多行为都令人费解”的暧昧证词却直接导致1954年奥本海默面临间谍罪的严厉指控。他这种做法遭到了当时诸多知名科学家的非议。
  -20世纪80年代提出“星球大战”计划
  特勒对于国防的特殊情结,源于其早年在匈牙利革命和纳粹时期的亲身经历。他的这种情结并没有随着氢弹的研发成功而消退。到了20世纪80年代,特勒又意识到了世界各国弹道导弹的威胁。他因此向当时的里根政府提出了旨在防御突发导弹袭击的“星球大战”计划,从而再次深远地影响了美国的国防政策,他也因此成为在民主共和两党间左右逢源的“冷战卫士”。
  虽然在工作上十分严谨,但生活中的特勒却是一个兴趣广泛而不乏幽默感的人。特勒不仅是一名乒乓好手,还经常演奏莫扎特等人的钢琴曲。即使在他晚年中风后,医生问及他是否是那位“着名的特勒博士”,特勒幽默地回应说:“不,我是那个臭名昭着的特勒博士。” 

发展历史

·国外

  1950年1月美国时任总统杜鲁门决定研制氢弹。氢弹的研究工作由匈牙利籍的科学家爱德华·泰勒领导,利用原子弹促进爆炸时产生的高温,使氘发生聚变反应。1951年5月 氢弹原理试验准备工作就序,试验弹代号“乔治”,在太平洋上的恩尼威托克岛试验场进行。达62吨的极其笨重的试验装置放在60余米的钢架上,装置以液态氘作为核聚变装料,并有冷却系统使氘处于极低温。试验证明爆炸威力大大超过原子弹。
1967年6月17日,中国在西部地区上空成功地爆炸了第一颗氢弹
1967年6月17日,中国在西部地区上空成功地爆炸了第一颗氢弹
  1952年11月1日又一个氢弹试验装置 “迈克”在太平洋的恩尼威托克岛上爆炸。该装置高6米,直径为1.8米,重达65吨,看上去像个大暖瓶,爆炸威力达1000万吨TNT当量。相当于广岛型原子弹的500倍。
  1953年8月,苏联宣布氢弹试验成功。其方案是采用锂的一种同位素锂─6和氘的化合物──氘化锂作核燃料。氘化锂是固体,不需冷却压缩,制作成本低、体积小、重量轻、便于运载。这种氢弹称为 “乾式”氢弹,所以苏联是第一个成功把氢弹实用化的国家。
  1954年,美国的第一颗实用型氢弹在比基尼岛试验成功。随后英国(1957年5月)拥有了氢弹。法国(1968年8月)也拥有了氢弹。  

·中国

  1967年6月17日,中国在西部地区上空成功地爆炸了第一颗氢弹。氢弹的爆炸成功,是中国核武器发展的又一个飞跃。
  1972年1月7日,中国彝族飞行员杨国祥,驾驶强·5甲飞机,成功地投掷了中国第一枚实用氢弹,使这次核试验获得圆满结果。  

武器原理

  由于产生聚变反应的轻原子核都带有正电荷,只有当它们的速度很高时才能克服正电荷间的静电斥力,发生显着的聚变反应。当热核装料的温度很高时,组成装料的原子核就具备了很高的速度(从而有很高的动能)。利用这种办法发生的聚变反应叫热核聚变反应,简称热核反应。轻核中氢的同位素氘和氚原子核间的斥力最小。因此常常被选作氢弹的装料。
  氘氚原子核间的反应方式有:D+D→T+p+4.03MeV;D+D→3He+n+3,27MeV;D+T→4He+n+17.6MeT式中,D、T分别代表氘核和氚核,n、p分别代表中子质子,3HE、4HE分别代表氦C3核和氦C4核。当热核装料的温度为几百万至几亿开尔文时,氘氘反应的速率约比氘氚反应快100倍。由于氘氚是气体或液体,使用起来不大方便。氢弹中常用的热核装料是固态氘化锂C6,其密度约为0.8克/厘米3左右。当锂-6吸收一个中子时,产生氚;氚与氘反应又产生中子,即进行氚-中子循环反应。
  氚、中子循环一代,消耗一个氘核和一个锂-6核,放出约22.4兆电子伏的能量。在氢弹中,烧掉1千克氘化锂-6,释放4—5万吨梯恩梯当量左右的能量。创造自持聚变反应所必须的高温、高密度条件需要大量能量,目前只能靠核裂变爆炸来完成。因此氢弹里都有一个起引爆作用的裂变爆炸装置,即“初级”或“扳机”。氢弹的爆炸过程大致是这样的:初级发生链式裂变反应,放出大量中子和X射线;利用初级爆炸所创造的条件,聚变装料发生自持聚变反应,放出大量能量和聚变中子;聚变中子又进一步引器氢弹铀-238外壳中的核裂变,放出大量的裂变能量。  

作用及威力

  利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘等轻原子核的聚变反应瞬时释放出巨大能量的核武器。又称聚变弹、热核弹。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同,但威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量,氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。还可通过设计增强或减弱其某些杀伤破坏因素,其战术技术性能比原子弹更好,用途也更广泛。
  氢弹具有巨大杀伤破坏威力,它在战略上有很重要的作用。对氢弹的研究与改进主要在3个方面 :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研制各种特殊性能的氢弹。  

衡量标准

·威力比

  所谓威力比是指每公斤重的核子弹所产生的爆炸威力,即爆炸的总当量与核武器重量之比,它是核武的一项极其重要的指标,从威力比的大小,可以看出核武小型化的水平,俄、美两国在百万吨当量以上的核子武器,它的威力比水平约为每公斤弹头达到2500—5000吨当量,20万吨—100万吨当量的核武威力比水平大约为每公斤弹头约2200—2500吨当量,跟威力比有关的另一个问题是分导式多弹头飞弹的大力发展,由于多弹头增加了额外的结构重量,所以威力比会相对应地降低,弹头数目越多,下降的幅度越大。

·核原料利用率

  核原料的利用率反映了核武的技术水平,是指在核爆的时候,核弹中有多少核原料产生裂变链式反应而释放了能量,有多少核原料没有产生裂变链式反应而被核弹中的炸药给炸散了,随着科学技术的发展,核原料的利用率有了很大的提高,有的已经提高到25%以上,比以前提高了5倍左右,近年来在新型的核武器中,核原料利用率又有新的提高,但是要达到100%几乎是不可能的事。  

·干净化程度

  氢弹所谓干净化程度是指核武在爆炸时总能量中裂变能和聚变能所占的比重,由于现在的氢弹必须依赖原子弹来引爆,所以必然会产生大量的放射性裂变物质,根本谈不上什么干净,俄、美两国自称已经拥有了所谓的干净氢弹,实际上只是在氢弹爆炸的时候相对地增加了聚变的比重,减少了裂变的比重,使得放射性裂变产物相对地减少了,据说美国的氢弹裂变比重已经降到只占总能量的百分之几。 

·和突防能力

  突防能力也是核武水平高低的一项衡量标准,所谓突防能力,主要是指核武本身突破敌方各种防御措施的能力,例如把单弹头发展到多弹头,就是提高核武突防能力的有效手段之一,另外,由于反飞弹武器的出现,人们正利用X射线、γ射线、中子、β粒子、电磁脉冲,以及激光和粒子束武器等等来对付攻击性核子武器,这迫使核子武器必须具有相对应的抵抗能力,也就是所谓突防能力,对核武各种部件的薄弱环节进行强化,就是抵抗那些敌方防御手段的有效办法。  

氢弹的研制历史沿革

美国的第一颗氢弹
美国的第一颗氢弹
  氢弹的研制是在第二次世界大战末期开始的,自从原子弹试爆之后,因为它能产生上千万度的超高温,也为日后研制氢弹开创了条件,美国在研制氢弹初期,经过了多次试验都没有成功,1950年以后美国又重新开始试验,并且利用电脑对热核反应的条件进行了大量计算之后,证明在钸弹爆炸时所产生的高温下,热核原料的氘和氚混合物确实有可能开始聚变反应,为了检查这些结论,他们曾经准备了少量的氘和氚装在钸弹内进行试验,结果测得这枚钸弹爆炸时产生的中子数大大增加,说明了其中的氘氚确实有一部分会进行热核反应,于是在这次试验后,美国加紧了制造氢弹的工作,终于在1952年11月1日,在太平洋上进行了第一次氢弹试验,当时所用的氢弹重65吨,体积十分庞大,没有实战价值,直到1954年找到了用固态的氘化锂替代液态的氘氚作为热核装料之后,才缩小了体积和减轻重量,制出了可用于实战的氢弹,随着科学技术的发展,氢弹与洲际弹道飞弹的结合就为现代世界带来了以暴制暴的恐怖和平,使得人类进入按钮战争的时代,任何一个核子强国在战争中使用氢弹,也就是世界末日的来临!到目前为止,所有被制造出的氢弹当中,威力最大的是由苏联所制造的,当量为七千万吨的超大型氢弹,但因为过于笨重及庞大,难以搬运,欠缺实用性,因此早已退役。  

·原子弹的原理

  别以为原子弹很难造,原子弹的原理很简单,让高浓度铀235或钚239达到临界值,第一个方法是将一部分铀放在一端,而将另一部分铀放在“炮筒”内,借助于烈性炸药,极迅速地将它们完全合在一起,造成超临界,产生高效率的爆炸。这也是夏雨准备采用的最简单的方法。一般为了减少中子损失,核装药的外面有一层中子反射层;为了延迟核装药的飞散,原子弹具有坚固的外壳。现实中好多国家造不出原子弹是因为原料做不出来,铀235在铀中含量只有0.72%,而原子弹原料浓度要达到90%以上。不是说含量太少,是提取太难了。当原子弹引爆装置启动的时候,原子弹内部的轴235会压碎里面的核燃料,然后发生核子反应,制造原子弹要需要很多科学家一起研究才行,一个科学家是做不到的。俄罗斯在海洋里试爆一枚21000吨的原子弹,爆炸威力将周围的战列舰和驱逐舰还有航空母舰都掀翻,由于冲击波,很多战列舰被打沉,航空母舰上的飞机全部都被融化和汽化。据说在1953年5月2日,美国军队曾经把一群黑种人拿来试探原子弹的威力,原子弹爆炸后,冲击波以和音速相同的速度到达那群被当做原子弹试验的黑种人,这是冷酷无情的美国军队暗中实施的,美国政府完全不知情。美国军队还将一群动物放在一个铁笼里来做试验,很多动物惨死在冲击波之下。巨大的冲击波,动物们就像蚂蚁一样一只只被毁灭。  

·威力比、核原料利用率、干净化程度和突防能力

  所谓威力比是指每公斤重的核子弹所产生的爆炸威力,即爆炸的总当量与核武器重量之比,它是核武的一项极其重要的指标,从威力比的大小,可以看出核武小型化的水平,目前俄、美两国在百万吨当量以上的核子武器,它的威力比水平约为每公斤弹头达到2500~5000吨当量,20万吨~100万吨当量的核武威力比水平大约为每公斤弹头约2200~2500吨当量,跟威力比有关的另一个问题是分导式多弹头飞弹的大力发展,由于多弹头增加了额外的结构重量,所以威力比会相对应地降低,弹头数目越多,下降的幅度越大,例如美国的义勇兵2型和海神潜射飞弹的核弹头,它们的威力比大约是每公斤600吨TNT当量,目前俄、美两国都在加紧进行地下核子试验,改进核弹头的质量,使其不断地小型化,进一步提高威力比,但不管怎么改进,如果还是采用铀235和铀239作为核原料的话,那么它的威力比就不能像过去那样大幅度的几十倍甚至几百万倍的增长。
氢弹爆炸瞬间
氢弹爆炸瞬间
  核原料的利用率反映了核武的技术水平,是指在核爆的时候,核弹中有多少核原料产生裂变链式反应而释放了能量,有多少核原料没有产生裂变链式反应而被核弹中的炸药给炸散了,随着科学技术的发展,核原料的利用率有了很大的提高,有的已经提高到25%以上,比以前提高了5倍左右,近年来在新型的核武器中,核原料利用率又有新的提高,但是要达到100%几乎是不可能的事。
  所谓干净化程度是指核武在爆炸时总能量中裂变能和聚变能所占的比重,由于现在的氢弹必须依赖原子弹来引爆,所以必然会产生大量的放射性裂变物质,根本谈不上什么干净,俄、美两国自称已经拥有了所谓的干净氢弹,实际上只是在氢弹爆炸的时候相对地增加了聚变的比重,减少了裂变的比重,使得放射性裂变产物相对地减少了,据说美国的氢弹裂变比重已经降到只占总能量的百分之几。
  突防能力也是核武水平高低的一项衡量标准,所谓突防能力,主要是指核武本身突破敌方各种防御措施的能力,例如把单弹头发展到多弹头,就是提高核武突防能力的有效手段之一,另外,由于反飞弹武器的出现,人们正利用X射线、γ射线、中子、β粒子、电磁脉冲,以及雷射和粒子束武器等等来对付攻击性核子武器,这迫使核子武器必须具有相对应的抵抗能力,也就是所谓突防能力,对核武各种部件的薄弱环节进行强化,就是抵抗那些敌方防御手段的有效办法。
  现今俄、美两国都在积极发展新的核原料和各种新型号的核弹头,使核武不断地小型化,随着核弹头小型化的发展,分导式飞弹携带的核弹头越来越多,进一步提高了核子武器的威力,氢弹是现代战略核子武器的主力,氢弹被个别国家(指美国)掌握时曾对其它国家起着核威慑的作用,当个别国家垄断氢弹制造技术被打破以后,核子武器就成为人类这个地球上保持政治、军事和经济稳定的手段,氢弹作为战略核武还在向小型化、定向化方向进一步发展,这种核子武器在和平时期具有新的安全参数,而在战时则能有效并可靠地摧毁目标,这种武器一方面它对全球的放射性污染仅为现有核武的数百分之一,而另方面,能摧毁敌方在外层空间和地面的目标,正是这种武器引起世界各国人们的恐惧。氢弹爆炸和原子弹爆炸是不相同的,原子弹爆炸的蘑菇云是黑色的,全黑色,而氢弹爆炸的时候,蘑菇云是白色的,全白色。核武器爆炸的时候,蘑菇云是黄色的,黄色和红色相加。 

武器缺点

  1、在战术使用上有某种程度上困难
  2、含有氚的氢弹不能长期贮存,因为这种同位素能自发进行放射性蜕变
  3、热核武器的载具,以及储存这种武器的仓库等,都必须要有相当可靠的防护

各国所用时间

  美国从爆炸第一颗原子弹到爆炸第一颗氢弹用了7年零3个月。
  英国用了4年零7个月。
  苏联是6年零3个月。
  法国是8年零6个月。
  中国只用了2年零8个月。 

发展现状

  现在核聚变技术的成熟的应用就是氢弹。不过基于核聚变技术可以产生巨大的能量,很多国家,包括我国都在积极研究和平核聚变技术,即实现人工控制核聚变,使它用来发电,就像裂变一样。但是也正因为能量太大了,使它极不受控制,现在仅有的成果就是能够利用托卡马克装置实现2000-5000万度以上的人造太阳,普遍能仅仅能维持数十秒钟。日本在2000万度的温度下,使“太阳”稳定地存在了31分钟45秒。中国实现了长达20秒的可重复高温等离子体放电,最高电子温度超过3000万度,令人鼓舞。