核武器(nuclear weapon)是利用原子核裂變或聚變反應(yīng),瞬間釋放出巨大能量,造成大規(guī)模殺傷和破壞作用的武器。原子彈、氫彈和中子彈統(tǒng)稱核武器。核武器是戰(zhàn)略威懾和扼制常規(guī)戰(zhàn)爭的主要手段,現(xiàn)代戰(zhàn)爭大多是核武器威懾下的常規(guī)武器局部戰(zhàn)爭。
核武器的威力取決于爆炸時所釋放出的能量,以TNT當(dāng)量(TNt equivalent)表示。所謂TNT當(dāng)量是指核爆炸時所釋放的能量相當(dāng)于多少噸(t)TNT炸藥爆炸所釋放的能量。
核武器按爆炸威力可分為百噸(102t)級、千噸(kt)級、萬噸(101kt)級、十萬噸(102kt)級、百萬噸(Mt)級和千萬噸(101Mt)級。所謂萬噸級核武器,是指其當(dāng)量在萬噸數(shù)量級之內(nèi),即1萬噸以上至十萬噸以下。其它噸級的含意依此類推。
核武器按戰(zhàn)斗使用又可分為戰(zhàn)略核武器和戰(zhàn)術(shù)核武器。戰(zhàn)略核武器包括陸基、核潛艇發(fā)射的彈道導(dǎo)彈,遠(yuǎn)程飛行運(yùn)載導(dǎo)彈,巡航導(dǎo)彈核航彈;戰(zhàn)術(shù)核武器包括地面、海上和飛機(jī)上發(fā)射的中短程核彈頭導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、核航彈、以及核大炮、核地雷、核水雷和核魚雷等。核武器的發(fā)展趨勢是:增強(qiáng)靈活使用能力,向核彈小型化、彈種多樣化、當(dāng)量可調(diào)化發(fā)展;增強(qiáng)打擊能力,提高命中精度;增強(qiáng)突防能力,發(fā)展多彈狀技術(shù);增強(qiáng)快速反應(yīng)能力。核武器即使在戰(zhàn)爭中不直接使用,也在高科技局部戰(zhàn)爭中起著重要的威懾作用。
一、核武器的爆炸原理及基本構(gòu)造
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1.爆炸原理:原子彈(atomic bomb)的爆炸原理是重原子核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(chain reaction of heavy nuclear fidssion)。
一些重元素(如235U、239U)的原子核在一個中子轟擊下,分裂成兩個質(zhì)量相近的新核(也稱核碎片),并放出2~3個中子和200MeV能量過程,稱為重核裂變反應(yīng)。如235U的反應(yīng)式為:

式中:X、Y為新原子核(核碎片)。
每個重核裂變時釋放出的2~3個中子,若有一個中子再轟擊另一重核引起分裂,分裂后又發(fā)生這樣的反應(yīng);如此能使重核裂變反應(yīng)自動連續(xù)地進(jìn)行,稱為重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(圖2-1)。

圖2-1 重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)示意圖
重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),必須在一定質(zhì)量的體積中才能進(jìn)行。能持續(xù)重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)進(jìn)行的裂變物質(zhì)的最小質(zhì)量,叫做臨界量(critical mass),與臨界面質(zhì)量相對應(yīng)的體積,叫做臨界體積(critical size)。
2.基本構(gòu)造:原子彈主要由核裝料(235U或239Pu)、引爆裝置、中子源、中子反射層和核裝料彈殼等組成(圖2-2)。

圖2-2 原子彈結(jié)構(gòu)示意圖
3.起爆過程:當(dāng)引爆裝置點火后,引起各炸藥塊同時爆炸,產(chǎn)生巨大壓力向中心擠壓,使分裝的、每塊小于臨界質(zhì)量的核裝料,驟然合攏成一個球體,達(dá)到超臨界狀態(tài)。在中子源發(fā)射的中子轟擊下,引起按等比級數(shù)發(fā)展的越來越激烈的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),在極短的時間內(nèi)使一定的量的重核裂變,釋放巨大能量,形成猛烈的核爆炸。1kg235U或239PU,只需百萬分幾秒,經(jīng)200代就可以全部裂變,釋放的能量相當(dāng)于20ktTNT炸藥爆炸時所釋放的能量。
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1.爆炸原理:氫彈(hydrogen bomb)的爆炸原理是輕原子核聚變反應(yīng)(light nuclear fusion reaction)。
一些輕核素(如21H、31H等)的原子核,在幾千萬度的高溫下發(fā)生聚變反應(yīng),并放出中子和巨大能量。如: 
由于聚變反應(yīng)須在極高溫度下才能進(jìn)行,故聚變反應(yīng)又稱熱核反應(yīng)(thermonuclear reaction),氫彈也叫做核武器(thermonuclear weapon)。
2.基本構(gòu)造:氫彈主要由熱核裝料(通常用氘化鋰)、引爆裝置(為一枚小當(dāng)量原了彈)和彈殼(常摻有238U)等組成(圖2-3)。

圖2-3 氫彈結(jié)構(gòu)示意圖
3.起爆過程:首先引爆原子彈,氘化鋰在高溫、高壓和中子作用下,鋰即產(chǎn)生氚,隨之氘氚迅速聚合,放出高能中子和巨大能量,引起比原子彈更為猛烈的爆炸。1kg氘氚混合物完全聚變,所釋放的能量為1kg235U或239Pu完全裂變所釋放能量的3~4倍。氫彈是裂變——聚變雙相彈。若彈殼中含有235U,則氘氚聚變產(chǎn)生的高能中子能使235U發(fā)生裂變,增加裂變碎片的產(chǎn)額,提高爆炸威力。這種氫彈稱裂變—聚變—裂變?nèi)鄰棥?br />
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中子彈(neutron bomb)是利用氘氚聚變反應(yīng),產(chǎn)生高能中子殺傷人員的戰(zhàn)術(shù)核武器。其構(gòu)造與氫彈類似(圖2-4)。

圖2-4 中子彈結(jié)構(gòu)示意圖
中子彈的特點是:
1.中子產(chǎn)額高、能量大:中子彈是氘與氚、氘與氘、氚與氚的聚變,聚變能量的80%以上以中子形式釋放出來。與同等爆炸威力的原子彈相比,中子的產(chǎn)額肌肉可以大10倍,中子的平均能量達(dá)14MeV,甚至高達(dá)17MeV。
2.光輻射、沖擊波作用僅為同當(dāng)量原子彈的十分,放射性沾染輕微。
3.當(dāng)量小,一般為1~3kt。
二、核武器的爆炸方式
核武器的爆炸方式可直接影響殺傷破壞效應(yīng),因此可根據(jù)不同的使用目的選用爆炸方式,以達(dá)到最大的殺傷破壞效應(yīng)。也可參照爆炸方式,分析、預(yù)測核襲擊造成的殺傷破壞情況。
核爆炸方式肌肉可以分為空中爆炸(air burst)、地下爆炸(land surface burst)、地下爆炸(underground burst),以及水面爆炸(water surface burst)和水下爆炸(underwater burst)等幾種。
大氣層中的核爆炸,通常以火球是否接觸地面作為劃分空爆和地爆的標(biāo)準(zhǔn),接觸地面為地爆;不接觸地面為空爆。不同爆炸方式用爆炸高度(m)和當(dāng)量(kt)立方根的比值來表示,此比值稱為比例爆高(scaled height of burst),簡稱比高(h),其單位是m/(kt)1/3。即

不同爆炸方式的比高劃分如下:
地爆 0~60
空爆:>60;
低空爆炸(low altitude explosion) 60~120
中空爆炸(middle altitude explosin)120~250
高空爆炸(high altitude explosion)?。?50
比高為0時好為直接貼在地面的爆炸,比高<60時,火球接觸地面,爆炸高度在30km以上為超高空爆炸。地下或水下爆炸,是指在地下或水下一定深度的爆炸。
三、核武器的爆炸景象
核爆炸時,產(chǎn)生特異的外觀景象。除地下(水下)爆炸外,其共同的特點是依次出現(xiàn)閃光(flash)、火球(fire ball)、蘑茹狀煙云(mushroom cloud),并發(fā)出巨大響聲。
根據(jù)核爆炸外觀景象的特征(表2-1),肌肉可以初步估計爆炸方式,還可根據(jù)火球大小,上升速度等參數(shù)估算爆炸當(dāng)量。
表2-1 核武器空爆和地爆時外觀景象的特征
外觀景象 |
空 爆 |
地 爆 |
火球 |
不接觸地面空中爆炸時,開始為球形,當(dāng)?shù)孛?a href="/w/%E5%8F%8D%E5%B0%84" title="反射">反射沖擊波到達(dá)時變形
超高空爆炸時始終是球形 |
接觸地面始終近似半球形 |
煙支和塵柱 |
低空、中空爆炸時,煙云和塵柱最初不連接,而后塵柱追及煙云,互相連接高空爆炸時,煙云和塵柱始終不連接超高空爆炸時不形成塵柱 |
煙云和塵柱一開始就連接在一起,煙云顏色深暗,塵柱較粗大 |
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