第二章 核武器的基本原理(dvd)

基因武器是一种按照军事需要而设计的具有 杀灭、攻击、失能特殊功效的新型生物武器。 基因武器有两大系列： 一种是利用基因工程技术，创造出具有新 特性的致病微生物及其毒素制剂去破坏人的免 疫系统； 另一种是针对某一人群或动、植物的基因 密码特征，去杀伤特定种族（或培养出恐怖动 物）。
1.重组DNA微生物
特点是：
1 、当释放的能量相同时，放出的中子 数量要多得多； 2、中子的相对生物学效应与γ射线相比 要高出3~10倍，杀伤性比光子强5~20倍； 3、有极强的辐射穿透力； 4、爆炸时不产生放射性物质。
缺点： 中子弹穿透力强，但对付不了地道。 1.5 米厚的土层就能顶住中子弹的辐射， 25厘米厚混凝土或30厘米厚的湿土就能 阻止90%的中子，50厘米厚的混凝土或 76厘米厚的湿土就可阻止99%的中子。 中子弹爆炸后半小时辐射就消失，人 员暂时转入地道等隐蔽物即可有效防止 中子弹的伤害。
一、裂变性原子弹 （第一代铀弹和钚弹）
原子弹结构
Baidu Nhomakorabea
（一）链式裂变反应
在核物理学上把能自持进行的原子裂变反应叫链 式反应。
实现自持核反应，必须用裂变核释放出的中子去 轰击其它重核引起裂变，新的裂变又释放出新的中子， 新的中子又去轰击其它重核引起裂变，依此不断进行。 如 235 铀的核吸收一个中子后发生裂变，平均能放出 2.56个中子，239钚平均能放出2.9～3.0个中子。
氢弹示意图
（一）聚变反应
核聚变反应指在 1400 万到 1 亿度的 绝对温度下，原子核发生碰撞而发生 核反应。这种将物质加热至特高温度 所发生的聚变反应也叫做热核反应。
（二）热核材料
只能在轻元素的原子核之间发生，如氢 的同位素氘和氚，氘采用常温下是固态化合 物的氘化锂，而氚则由核武器进行聚变反应 过程中由中子轰击锂的同位素而产生。
现代化核弹及生物原子弹 现代核武器的特点集中在以下几个方面：
1、威力巨大，但是其附带杀伤效应较小
2、杀伤手段和杀伤破坏目标更为单一
冲击波或是电磁脉冲或是其他的杀伤破坏因 素，来攻击特定的目标或设备，令使用者在使用 核武器攻击时有更大的选择余地，也更加灵活。 3、研究手段中高科技含量非常高
由于有全面禁止核试验条约的限制，必须有 超级计算机进行模拟核试验等；大型粒子加速器、 离子对撞机和惯性约束核聚变装置等先进的研究 设备。
球形的体积与表面积的比值最大，从 单位球形裂变材料中逃逸出来的中子数最 少，因此球形是临界质量最小的一种形状。 如采用裸球，235铀和239钚的临界质量分别 为 52 千克和 10 千克（ 235 铀的密度小于 239 钚）。
原子弹研制及投向日本
二、聚变性原子弹（第二代氢弹）
用氢的同位素氘、氚等轻原子的聚 变反应，在聚变反应瞬时释放出巨大能 量而制造出的核武器，又称为聚变弹、 热核弹、氢弹，即为第二代核武器。
目前各国使用的核武器的235铀浓 度为93.5%。
233铀也能链式裂变，用反应堆来生产，
其制备过程如下：
232钍+中子→233钍→233镤+β-→233铀+β-
2.钚
自然界中钚的蕴藏量极少，只能用中 子轰击238铀而得到239钚。 因此反应堆也是生产核武器装料239钚 的一种途径。 理论上，239钚含量为6%～10%就可以 用来制造原子弹。目前各国使用的核弹 头239钚纯度约为93.5%。
目前一些核大国正在加紧研制能增强或减弱某种 杀伤破坏因素的各种特殊性能的核武器，如感生辐射 弹、电磁脉冲弹等。
一、核爆激励定向能武器 以核能作为动力源的定向能武器，属于第三代核武 器，这类武器利用核弹或核反应堆所释放的巨大能量， 激励或驱动产生高能的激光束、粒子束、电磁脉冲、 等离子体等，并将其定向发射，因而可以有选择地攻 击目标，能量也更为集中，具有可控的特殊杀伤破坏 功能。 美国军方设想以地球同步轨道卫星作为运载平台， 将其部署在外层空间。
（一）中子弹的核反应原理
中子弹的原理是： 利用轻元素的原子核之间（如氢的 同位素氘和氚）的核聚变反应产生大量 高能中子。其反应式为：
氘＋氚（高温）→４氦＋中子＋１７．６兆电子伏
（二）中子弹的特点 中子弹具有和辐射、冲击波、光辐射等杀 伤力，但主要是靠中子的辐射起到杀伤作用， 它可以在有效的范围内杀伤坦克、装甲车辆 或建筑内的人员。如果有一枚千吨级当量的 中子弹在战场上爆炸，那么800米范围内的人 员会被杀伤，被杀伤的人员并不是马上死去， 而是慢慢地非常痛苦的死去，受伤者最长可 以拖过 7 天的时间。在中子弹爆炸的 300 米范 围之外的建筑和设施，可以毫发不损，可是 建筑物中的人员却不能幸免于难。中子弹的 这种特性，很适合在战场上作为战术核武器 使用。
238铀
+ 高速高能中子→239铀→239镎+β-
→ 239钚 + β239 钚比 235 铀要贵，但 239 钚裂变弹可
获得较高的当量，使武器重量更轻、 体积更小，如果使用运载工具发射核 弹头，239钚弹重量轻运载更方便。
快中子堆
（三）临界质量
能为维持链式反应所需要的裂变材料 的最小质量称为临界质量。 核装料的存放必须小于临界质量，相 隔一定的距离已至于不会发生意外爆炸事 故。
中子弹可以对付坦克，能穿透30厘米厚的装甲
（三）实战型中子弹的设计
中子弹设计需要高技术 1.聚变材料（又称聚变燃料）
2.引爆装置
3.小型化 4.结构设计 5.核素的半衰期
四、 核武器的当量可调性
1945年7月新墨西哥州阿拉莫戈夫的“三一”试验 场内的一个30米高的铁塔上试爆了世界上第一个核爆 炸装置，它的代号叫“大男孩”，属于钚弹，钚装药 约重 6.1 千克，当量为 2.2±0.2 万吨。钚装药大小与柚 子差不多，核武器的当量大小往往是可以调节的，改 变链式反应的引发时间、改变中子源状态或变换弹芯， 就能改变当量。控制氚的用量或更换弹芯，即可改变 当量。 1945年 8 月 “小男孩”广岛上空、 60千克浓缩 235 铀，重约4吨，当量1.2～1.5万吨（有报道 1.25万吨）。 1945 年 8 月长崎“胖子”，重约 4.9 吨，长 3.6 米， 当量2.2±0.2万吨，钚装药约6.1千克。
Li D + 高温 →4He 中子（n） + 6Li + 放出巨大能量 → 3H + 4He + α
核弹头一般指核武器本身，广岛 和长崎都是用飞机运送而投放的， 实际上需要现代化的运送载体，比 如导弹、火箭和航天运送技术，将 核武器看作为飞行武器的弹头称为 核弹头。
“小男孩”广岛
三、 中子弹
2.伽玛射线弹：造成放射性沾染，迫使敌人离开。所 以它比氢弹、中子弹更高级，更有威慑力。 3.感生辐射弹：是一种加强放射性沾染的核武器，利 用中子产生感生放射性物质，造成放射性沾染，达到 阻碍敌军和杀伤敌军的目的。
4.冲击波弹：是一种小型氢弹，采用慢化吸收中子 技术，减少了中子活化削弱辐射的作用，其爆炸后， 部队可迅速进入爆炸区投入战斗。
分裂前的重原子核
中子
分裂后的新原子核（碎片）
图2-1 重核裂变的链式反应示意图
浓缩铀的气体扩散，通过泵使六氟 化铀气体撞击上面设有数百万个小孔 的障碍物，小孔的直径约在1%微米 大小，由于235铀和238铀原子质量有轻 微不同，含有235铀原子的分子比含有 238铀的分子以稍微大一点的速率渗出， 最终的产品是武器级铀，浓缩铀技术 是核武器的关键。
高频电磁波飞行器顷刻之间粉身碎骨
由于电磁波束以光速传播，再加上这种等离子武器 集目标搜索、指挥控制和实施攻击于一身，简化了攻 击程序，反应速度奇快。可在瞬间攻击多个空中目标。 核爆激励定向能武器目前研制主要在以下几个类型：
1.电磁脉冲弹：利用核爆炸能量来加速核电磁脉冲效 应的一种核弹。可烧毁电子设备，可以造成大范围的 指挥、控制、通信系统瘫痪。
目前设计上有以下几个方向。
（1）改变生物战剂抗原性
用基因工程技术将天花病毒与一种最新发 现、致死性极高的“埃博拉”病毒结合在一起， 生成了一种名为“天花 - 埃博拉病毒复合体” 的基因武器。据称，它既有天花的高度传染性， 又有“埃博拉”的严重内出血致命性，即使接 种了疫苗也无济于事，威力相当惊人。 a 在大肠杆菌中接入炭疽毒素基因的工作。
三、生物原子弹—基因工程生物武器
利用生物技术可以制造出某种可能彻底 毁灭人类的新型生物武器 —— 基因武器， 基因武器的出现向全世界敲响了警钟：人 类将面临新的生物战和生物恐怖的威胁。
（一）基因武器的基本原理 基因是生物细胞核内起遗传作用的物质， 其化学组成是 DNA，基因具有遗传性和变异 性，遗传性决定着生物的“子代同于亲代” 的特征，即所谓“种瓜得瓜，种豆得豆”； 而变异性则决定着“子代不完全同于亲代” 的特征，使世界多姿多彩、变化无穷，物种 多达200万以上，而且还在继续进化。
b 在大肠杆菌接入鼠疫杆菌基因的工作。
图 2-5 新型“埃博拉”病毒 如果将埃博拉病毒、马尔堡病毒、艾滋病毒、炭 疽杆菌、鼠疫杆菌、霍乱弧菌，甚至流感病毒等都制 作成基因武器，这些“生物原子弹”足以毁灭全人类。
（2）增强生物战剂抗药性
生物战剂抗药性增强通过把多种抗药性基因拼接 起来，克隆到一种目的菌中，使其具有广谱抗药性， 就将使药物治疗变得无能为力。如果将这些抗药性或 抗疫苗基因转移或拼接到经典生物战剂中，培养出抗 药物、抗疫苗的新菌株，一旦将这种生物战剂投入战 场，将无可救药。 据悉，美国早就筛选出了抗链霉素的土拉杆菌和 鼠疫杆菌新菌株，也完成了抗四环素和抗青霉素菌株 的研究工作。德国军方正在研究耐受抗生素的大肠杆 菌、霍乱、鼠疫等病原体。前苏联利用基因工程技术 也完成了多种病毒外层蛋白质结构的改构工作，可以 使有效疫苗丧失保护功能，使原来有特异性的诊、检、 消、防、治等方法全部失效。
由于核裂变所产生中子的能量范围很宽，如果仅 靠俘获快中子时才能裂变的原子核，通常不能实现自 持链式反应。 原子弹全都采用235铀和239钚（易裂变核素），或 者使用它们的某种组合。
1.铀
自然界的铀主要组成：
238铀（约占99.3%） 235铀（约占0.7%）
理论上，235铀的浓度在6%～10%才能 制成铀弹。也就是必须把天然铀矿经筛选、 粉碎、酸性浸析成矿浆、提炼获取铀的氧 化物、进一步处理变成四氟化铀或六氟化 铀，随后进行铀的浓缩。
俄罗斯的科学家则对等离子体武器 情有独钟，提出利用高密度的等离子云 团，拦截飞行中的导弹、飞机等飞行器。 其作战原理是：利用核反应堆发出 的巨大能量，产生高频电磁波并将其聚 焦于大气层中的某一处，在聚焦处生成 一个高密度和高电离度的等离子云团。 一旦导弹或飞机等飞行器进入这一等离 子云团，就会产生旋转力矩，使飞行器 顷刻之间粉身碎骨。
中子弹又称弱冲击波强辐射弹。它在爆炸 时能放出大量致人于死地的中子，并使冲击 波等的作用大大缩小。中子弹的特点是只杀 伤人员等有生目标，而不摧毁如建筑物、技 术装备等设备，“对人不对物”。
中子是构成物质原子核的基本粒子之一， 它的质量与质子相同。中子不带电，从原子 核分裂出来的中子很容易进入原子核，人们 利用中子的这个特性，用它轰击原子核来引 出核子反应。这就是中子弹。中子弹在爆炸 释放大量的高能中子，是以高能中子辐射为 主要杀伤的小型氢弹。
（二）反物质武器 在这个世界上还存在有一种完全由反粒子 构成的物质，也就是反物质。根据研究发现， 极少量的物质同它的反物质相互作用，能够 释放出极大的能量。几微克的反物质放出的 能量，就可作为热核反应的扳机，或者可以 激励出很强的 X 射线或 γ 射线激光，因此反物 质在军事领域有着极为广阔的应用前景，成 为目前各国研究的重点，令各个核大国倍加 重视，那就是研制反物质武器。
5.三相弹：用中心的原子弹和外部238铀反射层共同 激发中间的热核材料聚变，以得到大于氢弹的效力。
二、无剩余核辐射的武器
属第四代核武器，也就是能够在使用中不产生剩 余的核辐射，使用后没有放射性沾染等核污染，可 视作“常规武器”的核武器。
（一）同质异能素武器 核同质异能素的特点是处于亚稳态 的核素蕴含着极大的能量，其核裂变的 反应能量是一般高能炸药能量的几千万 倍。目前核同质异能素武器尚处于理论 研究阶段，研究工作主要集中在研究核 同质异能素的特性，以及在核裂变反应 中，如何控制其能量的释放等。主要是 通过重离子碰撞或惯性约束聚变中产生 的中子脉冲来合成。
核武器的基本原理
核聚变能量的释放
第一节
核武器的基本原理与特点
核武器指爆炸性核反应释放出的巨大能量对目 标造成杀伤破坏作用的武器。 条件：自持快速核裂变或聚变 1千克铀 = 2万吨TNT炸药爆炸时放出的能量 分类： 按作战任务使用范围可分为： 战略核武器、战役战术核武器； 按当量大小可分为：
千万吨级、百万吨级、十万吨级、万 吨级、千吨级和百吨级