科普 | 氢弹及其爆炸原理
发布日期：2020-05-25 浏览次数：
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核心提示：科普 | 氢弹及其爆炸原理
编者按：我们八零后的杰出代表三胖思密达就迫不及待地给世界人民放了一个大鞭炮--氢弹，下面就让小编来给大家科普一下有关氢弹的一些知识。在现代核武库中，氢弹占有重要地位。氢弹也被称作热核弹。氢弹是利用轻核聚变反应制成的炸弹，参加反应的物质主要是氢的同位素氘和氚。太阳向外辐射光和热就是氘和氚核聚变反应的结果。聚变反应需要极高温度，所以氢弹要靠原子弹来引爆。同原子弹相比，氢弹的威力要大得多，如果把原子弹比作火柴头的话，那么氢弹就相当于大炮仗。经实验测定，1千克氘氚混合物全部发生聚变反应，能释放5.8万吨梯恩梯的爆炸当量。由此可以想见氢弹威力之大了。由于氘和氚在常温常压下是气体，在实际应用中必须制成液体，这就需要极高的压强。所以直接作为氢弹装料是很困难的。像1952年美国爆炸的第一个热核装置，其质量竟达65吨。这样的装置要用火车运载，用于实战是非常困难的。后来，科学家找到一种新的热核装料，即氘化锂（锂-6）。它的成本比氚要低得多，并且避免了氚的半衰期短的问题（氚的半衰期只有12.6年）。氘化锂的爆炸原理是，原子弹引爆时，大量高能中子与锂-6原子核发生核反应并产生氚，氚与氘发生热核反应，并释放出巨大的能量。为什么用氘化锂也可以进行热核反应呢？这是因为中子打在锂上就会产生氚，同时氘化锂中的氘和氘发生反应也可产生氚和中子。常见的氢弹是一种三相弹，也称作“氢铀弹”。它的爆炸过程大致是：裂变—聚变—裂变。它的核装料中，最外部是铀-238，里面包裹着一个氢弹。它的特点是，借助热核反应产生的大量中子轰击铀-238，使铀-238发生裂变反应。这种氢铀弹的威力非常大，放射性尘埃特别多，所以是一种“肮脏”的氢弹。为了改善中国的核防卫能力，中国也于1967年成功地爆炸了氢弹，并且成为世界上第4个拥有氢弹的国家。这要感谢我们的于敏老大，没有出过国，但是搞出来的东西一来就是高大上，体积小，威力大，可以长期保存。利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘、氚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梯恩梯当量，氢弹的威力则可大至几千万吨级梯恩梯当量。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。1942年，美国科学家在研制原子弹的过程中，推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃轻核，引起聚变反应，并想以此来制造一种威力比原子弹更大的超级弹。1952年11月1日，美国进行了世界上首次氢弹原理试验。从50年代初至60年代后期，美国、苏联、英国、中国和法国都相继研制成功氢弹，并装备部队。三相弹是目前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梯恩梯当量的三相弹，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。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。20世纪60年代中期，大型氢弹的比威力已达到了很高的水平。小型氢弹则经过了60年代和70年代的发展，比威力也有较大幅度的提高。但一般认为，无论是大型氢弹还是小型氢弹，它们的比威力似乎都已接近极限。在实战条件下，氢弹必须在核战争环境中具有生存能力和突防能力。因此，对氢弹进行抗核加固是一个重要的研究课题。此外，还必须采取措施，确保氢弹在贮存、运输和使用过程中的安全。在某些战争场合，需要使用具有特殊性能的武器。至80年代初，已研制出一些能增强或减弱某种杀伤破坏因素的特殊氢弹，如中子弹、减少剩余放射性武器等。中子弹是一种以中子为主要杀伤因素的小型氢弹。减少剩余放射性武器（Reduced-Residual-Radioactivity weapon）亦称RRR弹，也属于一种以冲击波毁伤效应为主，放射性沉降少的氢弹。一枚威力为万吨级梯恩梯当量的RRR弹，剩余放射性沉降可比相同当量的纯裂变弹减少一个数量级以上，因而是一种较好的战术核武器。从总的趋势来看，对氢弹的研究，更多的注意力可能会转向特殊性能武器方面。化学变化中原子不可再分，核反应中有新的原子出现，故不是化学变化。氢弹又称热核弹或热核武器，它是利用原子弹爆炸的能量做为“扳机”，将聚变燃料加热至几千万开以上，使之发生自持的聚变反应，在瞬间释放出巨大的能量。其威力在几十万至几千万吨梯恩梯当量。利用核裂变释放的能量引发氘氚等轻核的自持聚变反应和伴随的裂变反应，瞬时释放巨大能量的武器。又称聚变弹或热核弹。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，因聚变装料无临界质量限制，武器威力可以大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨梯恩梯当量，氢弹的威力则可以大至几千万吨梯恩梯当量。同时，通过增强或减弱氢弹的某些杀伤破坏因素，还可以设计出特殊性能的核武器（如中子弹，减少剩余放射性弹）。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，发生显著的聚变反应。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：式中，Ｄ、Ｔ分别代表氘核和氚核，ｎ、ｐ分别代表中子和质子，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。１９５２年１１月１日，美国进行了世界上首次氢弹原理试验，代号“迈克”（Ｍｉｋｅ），威力在１０００万吨梯恩梯当量左右，连同液氘冷却系统的核装置总重６５吨。原苏联于１９５３年８月１２日进行了氢弹试验。中国是继英国之后第四个掌握氢弹设计技术的国家。１９６６年１２月２８日，中国成功地进行了氢弹原理试验，１９６７年６月１７日由飞机空投的威力达３３０万吨梯恩梯当量的氢弹试验又圆满成功。到２０世纪８０年代末为止，世界上已有美国、原苏联、英国、中国和法国宣布拥有氢弹。
美国,约6000枚战略核武器及1670至3300枚战术核武器；
俄罗斯,约5500战略核武器及3000到4000枚战术核武器；
法国,384枚战略核武器及60到80枚战术核武器；为了让大家对各类核武器有一个直观的人是，化学与人生小编找到了下面的图片：
上图中，拿放大镜才能看到的小蘑菇是1000吨当量的小型原子弹种的。最大的是史上最大的氢弹“沙皇大炸弹，Tzar Bomba”种的。（话说，大毛真的很野蛮）广岛原子弹“小男孩”大约相当于1.2万，大家可以找找位置，大约是右边第一格的1/10处。（内容及图片来源于网络，化学与人生编辑整理，文章转自化学与医药。）
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