第二章核武器的杀伤作用及其防护

http://www.100md.com 《核、化学武器损伤》

第一节 核武器概述

核武器（nuclear weapon）是利用原子核裂变或聚变反应，瞬间释放出巨大能量，造成大规模杀伤和破坏作用的武器。原子弹、氢弹和中子弹统称核武器。核武器是战略威慑和扼制常规战争的主要手段，现代战争大多是核武器威慑下的常规武器局部战争。

核武器的威力取决于爆炸时所释放出的能量，以TNT当量（TNT equivalent）表示。所谓TNT当量是指核爆炸时所释放的能量相当于多少吨（t）TNT炸药爆炸所释放的能量。

核武器按爆炸威力可分为百吨（102t）级、千吨(kt)级、万吨(101kt)级、十万吨(102kt)级、百万吨（Mt）级和千万吨(101Mt)级。所谓万吨级核武器，是指其当量在万吨数量级之内，即1万吨以上至十万吨以下。其它吨级的含意依此类推。

核武器按战斗使用又可分为战略核武器和战术核武器。战略核武器包括陆基、核潜艇发射的弹道导弹，远程飞行运载导弹，巡航导弹核航弹；战术核武器包括地面、海上和飞机上发射的中短程核弹头导弹、巡航导弹、核航弹、以及核大炮、核地雷、核水雷和核鱼雷等。核武器的发展趋势是：增强灵活使用能力，向核弹小型化、弹种多样化、当量可调化发展；增强打击能力，提高命中精度；增强突防能力，发展多弹状技术；增强快速反应能力。核武器即使在战争中不直接使用，也在高科技局部战争中起着重要的威慑作用。

一、核武器的爆炸原理及基本构造

（一）原子弹

1．爆炸原理：原子弹（atomic bomb）的爆炸原理是重原子核裂变的链式反应（chain reaction of heavy nuclear fidssion）。

一些重元素（如235U、239U）的原子核在一个中子轰击下，分裂成两个质量相近的新核（也称核碎片），并放出2～3个中子和200MeV能量过程，称为重核裂变反应。如235U的反应式为：

式中：X、Y为新原子核（核碎片）。

每个重核裂变时释放出的2～3个中子，若有一个中子再轰击另一重核引起分裂，分裂后又发生这样的反应；如此能使重核裂变反应自动连续地进行，称为重核裂变的链式反应（图2-1）。

图2-1 重核裂变的链式反应示意图

重核裂变链式反应，必须在一定质量的体积中才能进行。能持续重核裂变链式反应持续进行的裂变物质的最小质量，叫做临界量（critical mass），与临界面质量相对应的体积，叫做临界体积（critical size）。

2．基本构造：原子弹主要由核装料（235U或239Pu）、引爆装置、中子源、中子反射层和核装料弹壳等组成（图2-2）。

图2-2 原子弹结构示意图

3．起爆过程：当引爆装置点火后，引起各炸药块同时爆炸，产生巨大压力向中心挤压，使分装的、每块小于临界质量的核装料，骤然合拢成一个球体，达到超临界状态。在中子源发射的中子轰击下，引起按等比级数发展的越来越激烈的重核裂变链式反应，在极短的时间内使一定的量的重核裂变，释放巨大能量，形成猛烈的核爆炸。1kg235U或239PU，只需百万分之几秒，经200代就可以全部裂变，释放的能量相当于20ktTNT炸药爆炸时所释放的能量。

（二）氢弹

1．爆炸原理：氢弹（hydrogen bomb）的爆炸原理是轻原子核聚变反应(light nuclear fusion reaction)。

一些轻核素（如21H、31H等）的原子核，在几千万度的高温下发生聚变反应，并放出中子和巨大能量。如：

由于聚变反应须在极高温度下才能进行，故聚变反应又称热核反应（thermonuclear reaction），氢弹也叫做核武器(thermonuclear weapon)。

2．基本构造：氢弹主要由热核装料（通常用氘化锂）、引爆装置（为一枚小当量原了弹）和弹壳（常掺有238U）等组成（图2-3）。

图2-3 氢弹结构示意图

3．起爆过程：首先引爆原子弹，氘化锂在高温、高压和中子作用下，锂即产生氚，随之氘氚迅速聚合，放出高能中子和巨大能量，引起比原子弹更为猛烈的爆炸。1kg氘氚混合物完全聚变，所释放的能量为1kg235U或239Pu完全裂变所释放能量的3～4倍。氢弹是裂变——聚变双相弹。若弹壳中含有235U，则氘氚聚变产生的高能中子能使235U发生裂变，增加裂变碎片的产额，提高爆炸威力。这种氢弹称裂变—聚变—裂变三相弹。

（三）中子弹

中子弹（neutron bomb）是利用氘氚聚变反应，产生高能中子杀伤人员的战术核武器。其构造与氢弹类似（图2-4）。

图2-4 中子弹结构示意图

中子弹的特点是：

1．中子产额高、能量大：中子弹是氘与氚、氘与氘、氚与氚的聚变，聚变能量的80％以上以中子形式释放出来。与同等爆炸威力的原子弹相比，中子的产额可以大10倍，中子的平均能量达14MeV，甚至高达17MeV。

2．光辐射、冲击波作用仅为同当量原子弹的十分之一，放射性沾染轻微。

3．当量小，一般为1～3kt。

二、核武器的爆炸方式

核武器的爆炸方式可直接影响杀伤破坏效应，因此可根据不同的使用目的选用爆炸方式，以达到最大的杀伤破坏效应。也可参照爆炸方式，分析、预测核袭击造成的杀伤破坏情况。

核爆炸方式可以分为空中爆炸（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)等几种。

大气层中的核爆炸，通常以火球是否接触地面作为划分空爆和地爆的标准，接触地面为地爆；不接触地面为空爆。不同爆炸方式用爆炸高度（m）和当量（kt）立方根的比值来表示，此比值称为比例爆高（scaled height of burst），简称比高（h），其单位是m/(kt)1/3。即

不同爆炸方式的比高划分如下：

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）　　　＞250

比高为0时好为直接贴在地面的爆炸，比高＜60时，火球接触地面，爆炸高度在30km以上为超高空爆炸。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

核爆炸时，产生特异的外观景象。除地下（水下）爆炸外，其共同的特点是依次出现闪光（flash）、火球（fire ball）、蘑茹状烟云（mushroom cloud），并发出巨大响声。

根据核爆炸外观景象的特征（表2-1），可以初步估计爆炸方式，还可根据火球大小，上升速度等参数估算爆炸当量。

表2-1 核武器空爆和地爆时外观景象的特征

外观景象

空　爆

地　爆

火　　球

不接触地面

空中爆炸时，开始为球形，当地面反射冲击波到达时变形

超高空爆炸时始终是球形

接触地面

始终近似半球形

烟支和尘柱

低空、中空爆炸时，烟云和尘柱最初不连接，而后尘柱追及烟云，互相连接

高空爆炸时，烟云和尘柱始终不连接

超高空爆炸时不形成尘柱

烟云和尘柱一开始就连接在一起，烟云颜色深暗，尘柱较粗大

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