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氫彈的秘密及未來核武器:核武器的未來

文章來源:經福謙   時間:2011-10-28 9:37:00 訪問數:

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    目前有人正在議論第四代核武器,以核武器原理為基礎,采用超高能加速器和慣性約束聚變等手段(不受核禁試條約的限制),制造沒有剩余輻射的純干凈彈,徹底克服裂變引起的剩余放射性污染的后果,威力也可任意調整,甚至可作為常規武器使用。第四代核武器的基礎是民用核科學研究設施,它的擴散受到經濟實力、科學技術和綜合國力的限制。它的科技創新點拋棄了氫彈的兩級模式,它不用裂變能量點火,而是用其他方式的能量點火。如高能炸藥、激光束、金屬氫、同質異能素等能源,直接引爆純聚變武器,或引爆反物質武器等。

(1) 用高能炸藥直接引爆聚變材料

    據報導,美國人正在研究用高能炸藥引爆近千噸TNT當量的純聚變武器。采用炸藥驅動套筒壓縮磁場,再用磁場壓縮氘氘或氘氚燃料的辦法,使之達到聚變點火的溫度和密度。美國已進行過1000噸爆炸當量的實驗。

    俄羅斯在磁壓縮技術方面是世界領先的,美國在這方面的技術研究與俄羅斯科學家有合作。俄羅斯科學家用炸藥直接驅動氘氚等離子體,已獲得氘氚反應中子1013個。相對于激光和其他途徑,用化爆產生強磁場壓縮,尋求慣性約束聚變,是一條比較便宜的途徑。也可以用來研究純聚變武器和小型中子彈。

(2) 用多路激光束引發熱核聚變

    用多路激光束匯聚在氘氚靶上,產生內爆壓縮而引發熱核聚變。它既可以研究熱核發電,也可以研究純聚變武器。美國、法國、俄國,都在不惜巨資進行這方面的研究。美國正在研制的“國家點火裝置”就是在實驗室探求微熱核爆炸的裝置。裝置建造費用加上實驗研究費用,其預算可能超過45億美元。這個裝置還可以進行產生金屬氫和反物質等物理研究。

(3) 用金屬氫點燃聚變武器

    氫氣在超高壓下可由氣態轉化為固態結晶體,甚至轉變為金屬氫。已知金屬氫的爆炸能力相當于普通高能炸藥黑索金的25~35倍,是現階段化爆能力最強的炸藥。顯然金屬氫具有點燃純聚變武器的潛力,只是目前技術上尚未獲得穩定的能夠保存下來的金屬氫。

(4) 核同質異能素引爆“干凈”氫彈

    核同質異能素具有比金屬氫更高的潛力,高激發態的同質異能素比普通高能炸藥儲能大百萬倍。美國勞侖斯利物摩爾實驗室已獲得微量同質異能素鉿(178Hf),可提供有效的強烈爆炸。核同質異能素以電磁形式放能,放能后元素是穩定的,不產生剩余放射性。它可以作得很小,類似雷管那樣去引爆“干凈”氫彈。

(5) 反物質武器

    反物質武器現在還只是一種科學的設想。按照科學理論,任何物質都有它的反物質。二十世紀三十年代初,狄拉克提出反粒子概念,接著發現了反電子(即帶正電的電子)。五十年代中期發現了反質子(帶負電的質子),至今一直有少數物理學家從事反粒子的研究。1986年美國費米國立加速器研究所,首次在高能加速器磁陷阱中捕獲到反質子,年生產水平~1015個。歐洲聯合核子研究中心和俄羅斯高能物理所,都在進行反物質的研究和生產。反質子的年生產率大約每2.5年提高10倍。如能保持這個速率,上述實驗室到2000年可達年產量~1020個反質子,約1毫克。到2010年就可達到年產1克的水平。反質子能源是物質?反物質的湮滅效應,是所有物質能量轉換效率最高的。湮滅之后兩者都不存在了,質量全都轉換為能量。就像正電子與負電子相撞,變成一道g 光消逝,毫無一點痕跡。表4.2列出幾種高含能物質的比能,并給出了它與炸藥比能的倍數。

4.2  含能材料比能比較

材料名稱

比能(千焦耳/)

與炸藥相比

高能炸藥

~4

1

核同質異能素

~106

~百萬倍

-235裂變反應

~8×107

2千萬倍

氘氚聚變反應

~3.2×108

8千萬倍

質子反質子湮滅

~1.8×1011

400億倍

    目前反物質的研究雖處于基礎研究階段,但其應用前景不可估量。首先是反質子已經在生產了,它可能最先得到應用。一是制造反質子推進系統,大約幾百毫克反質子就夠了,可用于航天星際飛行。二是用于壓縮氫彈的彈芯,只要幾微克反質子,就可點燃熱核爆炸。三是用以激勵極強的X射線激光或g 射線激光。無論是軍用還是民用,都有極其廣闊的前景。

    由上我們可以看出,未來的核武器首先是純粹的聚變武器,一點裂變反應都不要。甚至炸藥也不要,用激光、同質異能素、金屬氫等能量密度更高的能源來引爆。再進一步有可能是反質子武器,質子反質子效應不是聚變,而是變得啥也沒有。但質子就是氫核,到那時燒的燃料是質子、氘、和氚,純粹是氫的“同胞兄弟”,老大、老二、老三。這才可謂是真正的氫彈。

    隨著實驗室模擬核爆手段的不斷完善,高逼真、高分辨、三維、全物理、全過程的建模虛擬實驗能力得到提高和發展,必將極大地推動核武器知識的積累和創新。同時隨著科學技術的普及和信息社會的發展,關于核武器的新知識也必將很快地為眾多的人所知曉。199810月,美國三個核武器研究所的所長,在眾議院聽證會上作證時說,“美國不再能封鎖最好的科學技術。”就說明了這一點。核武器的神秘不久將成為過去。


   本文摘自《揭開核武器神秘面紗》

   經福謙 陳俊祥 華欣生著

   清華大學出版社 暨南大學出版社

   出版時間:2002年7月

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