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核武器
从核反应中获取能量,瞬间产生破坏力的爆炸装置 / 维基百科,自由的 encyclopedia
核武器,简称核武,乃一种爆炸装置,属于大规模杀伤性武器,也是人类至今制造的威力最大的一种武器。其能量是来自原子中核子间的核结合能(主要是强相互作用力),由核反应所释放。不同于能量来自化学能的常规武器,核武器依靠核反应释放的核能对目标起到破坏作用,同等质量下,核反应产生的能量比化学反应高数百万倍。
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现时的核武器可大致分为威力较弱的裂变炸弹(原子弹)和威力较强的热核炸弹(氢弹)[1],裂变炸弹的威力主要来自核裂变链式反应,以引爆高能化学品炸药的方式,压缩原本处于次临界的可裂变物质,使其在化学品炸药爆炸的瞬间达到“超临界”,从而引发链式裂变反应,如果链式反应触发多个裂变反应同时发生,便会激发核爆炸。但是由于在核爆炸的瞬间,链式裂变反应往往还没能赶得及百分百完成,这些可裂变物质就解体了,碎片化的可裂变物质又重新低于临界质量,中子从空隙中逃逸,链式反应中止,因此这类型核武的效率很低。例如胖子原子弹的效率只有17%,而小男孩原子弹的效率就只有1.4%。而热核炸弹的威力则来自核裂变和核聚变这两者的多级串联组合。[2]热核炸弹的氘氚聚变反应能释放出大量高能中子流,这些高能中子会加剧可裂变物质的链式裂变反应,将炸弹燃料的利用率大幅提高。以往一些裂变炸弹设计也会在能维持核裂变链式反应的材料(例如钚-239)制成的炸弹核心的空心位置充入氚气,作为一种助力剂,利用氚在炸弹爆炸时发生的核聚变反应产生的高能中子,使不能维持核裂变链式反应的铀-238干涉层进行核裂变,增加炸弹威力,称为“加强型裂变炸弹”。现时的热核炸弹设计可笼统地分为干浄型和肮脏型,干浄型热核炸弹大部分的爆炸能量来自核聚变,而肮脏型热核炸弹大部分的爆炸能量则来自核裂变,这是由于大多数核裂变会造成大量放射性物质污染,而氘氚核聚变不会。不论是干净型或肮脏型的热核炸弹,两款炸弹设计的爆炸威力可以是同样巨大。
核武器的发明建基于二十世纪初科学界对各种原子的内部结构及反应机理的研究成果,历史上的第一个核武器是一种内爆式钚裂变炸弹,名为“小工具”,它在1945年7月16日在美国阿拉莫戈多试验场被引爆,是第二次世界大战时美国的核武器研发计划——曼哈顿计划——的其中一环。同年美国在日本的广岛,长崎分别投放了一颗核弹,这也是世界上唯二的核武器实战应用。另一种威力更强的核武器——热核炸弹——在战后的1951年5月在太平洋上的恩尼威托克岛试验场首次被引爆,爆炸威力大大超过裂变炸弹。热核炸弹至今也是世界最大威力的炸弹类型,其威力可达到同等质量的化学品炸药的数千万倍以上。热核炸弹后来由前苏联实用化,使用了固体炸弹燃料,体积因此大幅缩小,苏联制造的AN602氢弹是目前人类所引爆过的最大当量的炸弹。
理论上核子爆炸装置和化学品炸药一样没有爆炸威力上限,能投入的炸弹燃料的量越多,威力就越大,然而其质能转换效率较构想中的反物质武器低。宇宙中和核武器的热核爆炸原理上相似的自然现象是超新星,例如白矮星的爆炸是由于触发了失控的碳聚变。
虽然核武器的原理是公开的,但各种核相关的原材料、特种材料、设计、制造设备、储存地点,以及各项核武关键技术,仍然作为各拥核国家的国家最高机密列入出口管制、禁止转让或提供情报。掌握核武器制造技术或情报的个人或团体的活动,都会受到许多国家和国际原子能机构的严密监视。