氢弹

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[外文]：hydrogenbomb利用氢的同位素氘、氚等轻原子核的聚变反应瞬时释放出巨大能量的核武器。亦称聚变弹或热核弹。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梯恩梯当量，氢弹的威力则可大至几千万吨。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。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，代号是“迈克”(Mike)，试验装置以液态氘作热核装料，爆炸威力达1000万吨以上。但该装置连同液氘冷却系统重约65吨，不能作为武器使用。直到以氘化锂6为装料的热核装置试验成功后，氢弹的实际应用才成为可能。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。中国于1966年12月28日成功地进行了氢弹原理试验。1967年6月17日由飞机空投的300万吨级氢弹试验获得圆满成功。从爆炸第一颗原子弹到爆炸第一颗氢弹，中国只用了2年零2个月的时间，其速度是世界上最快的。原理聚变反应是带电原子核发生聚合的反应。参加反应的原子核必须具有足够的动能，才能克服静电斥力而彼此靠近，聚变反应也才有可能发生。提高物质的温度，是使大量原子核增大动能的重要途径。氢弹就是把热核装料加热至几千万摄氏度以上而使之发生聚变反应的。这种把物质加热至高温发生的聚变反应称为热核反应。挑选合适的热核装料，是人工实现热核反应的重要环节。氘和氚是氢的同位素，原子核间的静电斥力最小，较低的温度（几百万摄氏度）即可激发明显的聚变反应，而且反应释放的能量较大，因此选用含氘、氚的物质作热核装料是较为合适的。在氘、氚原子核之间发生的聚变反应，主要是氘氘反应和氘氚反应。它们的反应方程式是：D+D→T+p+4.03兆电子伏D+D→3He+n+3.27兆电子伏D+T→4He+n+17.6兆电子伏式中D、T分别表示氘核和氚核，n、p分别表示中子和质子，3He、4He分别表示氦3核和氦4核。当热核燃烧的温度为几百万至几亿摄氏度时，氘氚反应的速率约比氘氘反应快100倍，因此氘氚混合物比纯氘的燃烧性能更好。另一种实用的热核装料是固态氘化锂6，它的密度可达0.8克／厘米3左右。当氘化锂6燃烧时，主要进行氚-中子循环反应，即：D+T→4He+n+17.6兆电子伏D+6Li→4He+T+4.8兆电子伏循环中氘氚反应放出中子，产生的中子很快就造出氚来。两个反应都是放能的。氚、中子循环一代，烧掉一个氘核和一个锂6核，放出22.4兆电子伏的能量。在氢弹中，烧掉1千克氘化锂6，释放的能量可达4～5万吨梯恩梯当量。由于氘化锂6中造氚和烧氚的过程结合得非常好，它比纯氘容易燃烧，一般氢弹都用它作热核装料。热核反应的先决条件是高温。但要使热核装料燃烧充分，还必须使燃烧区的高温维持足够长的时间。为此就需创造一种自持燃烧的条件，使燃烧区中能量释放的速率大于能量损失的速率。这种条件除与热核装料的性质、装量、密度、几何形状有关外，还与燃烧温度和系统的结构密切相关。氢弹中热核反应所必需的高温、高压等条件，只能由原子弹爆炸来提供，因此氢弹里都装有一个专门设计的起爆原子弹，通常称之为“扳机”。氢弹的具体结构是保密的。但许多书刊曾对它作过种种描述，美国科学家E.特勒对氢弹爆炸过程曾作过如下图所示的描述。三相弹热核反应产生的大量高能中子，能引起铀238核裂变。因此，为了提高威力，普通氢弹多以天然铀作壳体。这种氢弹的放能过程有裂变—聚变—裂变三个阶段，故称三相弹或氢铀弹。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”。研究与发展氢弹具有巨大杀伤破坏威力，它在战略上有很重要的作用，美、苏等国都不惜耗费巨资以提高其性能。对氢弹的研究与改进主要在三个方面：（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。60年代中期，大型氢弹的比威力已达到了很高的水平。小型氢弹经过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，无论大型氢弹还是小型氢弹，比威力似乎都已接近极限。从美国70年代初装备的“民兵”Ⅲ导弹的子弹头，可以看出氢弹在小型化和比威力方面的大致水平。这种子弹头长1813毫米，底部直径543毫米，重约180千克，威力近35万吨梯恩梯当量，其比威力约每千克2000吨梯恩梯当量。目前尺寸最小的氢弹是美国研制的中子弹，它可用203毫米或155毫米的榴弹炮发射。由于热核装料没有临界质量的限制，氢弹的威力原则上可做得很大。美、苏为了显示核威慑力量，在50年代至60年代初，曾研制过一些威力高达几千万吨的热核武器。1961年苏联试验了一个威力为5300万吨梯恩梯当量的热核装置，这是迄今当量最大的一次核爆炸。要制造威力更大的氢弹，在技术上并不很困难。因此，一般不把威力大小作为衡量氢弹技术水平的标志。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（见核武器安全）。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-Radioactivityweapon）亦称RRR弹，其特点是放射性沉降少。一枚威力为万吨级的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。由于它的杀伤破坏因素主要是冲击波，因而是一种较好的战术武器。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。