第四代核武器

第四代核武器 税举何彬付广智李如松周百昌 摘要 简要介绍了当前各核大I垂1,-F在研制的几种第四代核武器的有关情况，为我们更好地 了解第四代核武器的发展现状，掌握新一代核武器发展的动向，追逐世界军事领域前沿提供参考。 关键词粒子束反物质金属氢核同质异能素 1引言 自上世纪末有核国家签订《全面禁止核试验条约》以后，核武器对人类威胁的阴是 并未消失，当前，新型的第四代核武器正逐步从理论到实战化方向向人类逼近。虽然目 前，第四代核武器还未达到实战化，大多还处于预研阶段，但其发展前景己受到各核匡 家的青睐。 2第四代核武器的概念 所谓第四代核武器，是以原子武器或热核武器的原理为基础，用效力很强的高能钎 药代替核聚变扳机来提供核裂变所需条件，所用的关键设施是惯性约束聚变和加速器笔 装置，是一种不用传统的核爆炸即可释放大量核能、产生大规模杀伤破坏效应的核武器． 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，可视作“常规武器 的核武器。它以核子问的作用为基础，但性能又不同于现有核武器的新一代核武器。运 类武器主要包括：干净的聚变弹、反物质武器、粒子束武器、激光引爆的炸弹、金属篓 武器、原子和核的同质异能素武器以及超钚元素和超重元素武器等。它们介于传统武矧 与核武器之间的灰色地带。 第四代核武器的特点是：①虽然威力巨大，但是其附带杀伤效应较小。新一代核茬 器在强化部分杀伤效应的同时也抑制了其他杀伤破坏因素的产生；②杀伤手段和杀伤袒 坏目标更为单一。新型核武器可以只利用爆炸产生的冲击波或是电磁脉冲或是其他的匀 伤破坏因素，来攻击特定的目标或设备，从而使核武器攻击时更加灵活；③研究手段q 高科技含量非常高。 3几种正在研制的第四代核武器 目前，研制第四代核武器的国家主要有美国、俄罗斯、法国等。其发展方向是大量 采用最前沿的科学理论、最新最尖端的科学技术，避开全面禁止核试验条约的限制，提 高核武器的安全性能、生存能力、突防能力、灵活反应能力和命中精度。已经在研的第 四代核武器主要有：当量可调弹头、“合二为一”弹头(利用核部件插入技术实现常规 弹头与核弹头的相互转化)、干净的聚变弹、反物质弹、粒子束武器、激光引爆的炸弹、 核同质异能素武器等。其中，标志性的第四代核武器，即美俄法等国研制的第四代核武 器主要有金属氢武器、核同质异能素武器、反物质武器等。 3．1用粒子作“炮弹’’的粒子束武器 粒子束武器是用大量的微观粒子作子弹的聚能武器。粒子束武器是由高能电源、粒 子产生装置、加速器和电磁透镜(能使电子聚焦的电磁场叫做电磁透镜)等部分组成。 其中高能电源和粒子加速器是整个武器的核心部分。粒子束武器产生高能粒子束的简单 原理是：首先由发电机输出巨大的电能，通过贮能及转换装置变成高压脉冲，然后粒子 束产生装置将高压脉冲转换为电子束，电子束中的粒子进入粒子加速器后，被加速到接 近光的速度，最后再由电磁透镜(其作用就像放大镜可以将阳光聚集成一个很小的光点 一样)，把大量的高能粒子聚集成一股狭窄的束流。概括起来讲，粒子束武器具有快速、 高能、灵活、干净、全天候等特点。粒子束武器的杀伤机理是依靠束与目标物质的强相 互作用穿透目标将能量沉积在目标深处以达到杀伤目标的目的。粒子束武器，是定向能 武器的一种，其优点是：速度快，能量密度集中，能快速射击不同方向的目标，贯穿力 强，不受气候影响，无放射性污染。缺点是受地球磁场的影响较大。可分为大气层内使 用、射程较近的带电粒子束武器和太空使用、不带电的中性粒子束武器，其射程可达几 千公里。 我国的粒子束武器研究伴随着核物理学理论的进步而产生，已知在70年代开始进 行。80年代以来，随着我国核物理学频频取得进展，进度大幅加快；近年来我国的民、 军用高能物理学有长足进步。 3．2反物质武器 宇宙是由物质组成的，而物质又分为正物质和反物质两种。我们日常所接触的物质 都是正物质，由带正电荷的质子、带负电荷的电子、不带电荷的中子等多种粒子组成的 原子所构成。反物质则是正物质镜像，是正物质的哲学对应体，也是一种客观存在的实 体，它由电荷性质和自旋取向相反的各种反粒子(如带负电荷的反质子、带正电荷的反 137 电子以及中子、反介子、反超子等)组成负原子核，在某种特殊环境中按一定的方式形 成各种反元素(如反氢、反氧、反铁)，又称反物质。而物质与它的反物质的相互作用， 又称湮没反应。极少量的物质与它的反物质相互作用，可迅速释放出巨大的能量，足以 压缩钚或铀丸产生链式反应。只要几微克的反物质，就可用作热核爆炸的扳机，或者激 励出极强的X射线或Y射线激光。据理论计算表明，如果一个反质子和一个质子相互进 行湮没反应，其释放出的能量约为一个铀原子核裂变时释放出能量的10倍；如果考虑 湮没反应在物质中引发的次级效应，那么这种反应释放出更多的能量。反物质武器，主 要是利用极少量的物质和它的反物质(如带正电的电子称为反电子、带负电子的质子称 为反质子)相互作用(称“湮没”反应)，产生巨大能量而引起核爆炸。 军事科学家们认为，反物质军用的最大优点就是能量密度极其巨大，而且易于点燃， 不像原子弹裂变反应那样要求临界质量，也不像氢弹聚变反应要求起始的点火温度。反 物质是目前研究的第四代核武器中最重要的一种。反物质武器的出现将会使现今所有的 热核武器黯然失色。目前，美国的费米国家加速器研究所、俄罗斯的高能物质研究所、 法国瑞士合建的欧洲核研究中心等机构都在进行反物质的研究和生产。 对反物质的研究始于20世纪40年代后期，只是因为研究手段的制约一直进展缓慢。 直到1986年，研究人员在磁陷阱中首次捕获到反质子，而后又进一步发现很多粒子都 存在有反粒子。2002年较大批量地制造出了反氢原子。由此人们推测，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。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。 3．3金属氢武器 氢气在一定压力下可转化为固态结晶体，在室温下无需密封可保持很长时间，这就 是金属氢。如果固态金属氢中存储的化学能量能在短时间内全部释放出来，就会产生爆 炸性的效果，这时金属氢就成为一种超高能炸药，可以作为大规模杀伤性武器使用。金 属氢的爆炸威力相当于相同质量TNT炸药的25～35倍，是目前可以想象到的威力最强 大的化学爆炸物。这种威力强大的化学爆炸物被称为金属氢武器。由于金属氢武器的爆 炸威力可与核武器媲美，所以人们将它与干净的聚变弹、反物质武器、激光粒子束武器、 核同质异能素武器等正在研制巾的新机理武器一起称为第四代核武器。高效聚变燃料在 激光惯性约束核聚变中，核燃料是氢的同位素氘一氚的混合物。若用固态金属氘一氚作 燃料小球，由于其密度比其他形式(如气体或低温的普通固体)氘一氚混合物的密度高， 在一定容积的靶室内可装更多燃料，因而可提高核聚变的效率，产生更多的聚变能。固 态金属氘一氚核聚变燃料的使用将使未来核聚变反应堆的实用化和小型化成为可能，为 聚变能早日进入人们社会生活领域和军事领域奠定物质基础。金属氢武器已被列入美国 国家重点研究项目。 3．4核同质异能素武器 所谓原子核的同质异能素是指质量数和原子序数相同，但具有不同能量的两个或多 个的核素。利用核同质异能素制成的武器叫做核同质异能素武器。这种核武器可通过高 能炸药来引爆，可释放大量核能，高能炸药的能量级约为l千焦耳／克，核同质异能素 的能量量级约为2GJ／g，核同质异能素的爆炸威力比普通高能炸药的能量大100万倍， 核同质异能素的核裂反应能量更大，高达80GJ／g，是高能炸药的8000万倍。像金属氢 一样，核同质异能素武器身兼两任，可在常规武器和核武器领域双栖，既能当“常规武 器”，也可作为“干净"氢弹的扳机。 目前，美国和法国合作正在积极研制的第四代核武器是核同质异能素武器。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， 主要是通过重离子碰撞或惯性约束聚变中的微爆炸产生的中子脉冲进行核合成而获得 这种核同质异能素。 4前景展望 第四代核武器是一种不用传统的核爆炸即可释放大量核能、产生大规模杀伤破坏效 应的核武器，而是以高能炸药代替核裂变扳机来提供核裂变所需的条件，从技术角度来 说，第四代核武器的发展虽以原子弹和氢弹的原理为基础，但所用的关键研究设施是民 用研究中使用的惯性约束聚变装置和加速器等装置。它不像发展前三代核武器那样需要 进行大量核试验，它的基础是民用核科学研究。因此，它的发展不受《全面禁止核试验 条约》的限制。又由于它不使用原子弹爆炸的能量作为核聚变的反应条件，因而不产生 剩余核辐射，没有污染，可做传统武器之用，只有拥有氢弹和先进核物理学家的国家／j’ 有能力发展第四代核武。发展第四代核武器成为核大国的一种必然选择。 5参考文献 【1】黄波等编著，核生化武器，北京，军事谊文出版社，2000．10； 【2】罗青等编著，黑色档案一ttt：界核危机揭秘，北京，K蛆出版公司，2000； 139 【3】李树宝、吴杰明著，神秘的蘑菇云一核武器发明史，北京，解放军出版社，1999： TheFourthGenerationNuclearWeapons ABSTRACTThistextbrieflyintroducesthecurrentconditionofthefourthgenerationnuclearweapons manufacturedbyeverynuclearpowers，whichwillprovideareferenceforknowingbetterthedevelopment ofthefourthgenerationnuclearweapons，masteringthetrendofthenewgenerationnuclearweapons， pursuingthefrontalofworldmilitaryfield。 KEYWORDSparticlebeamantimatterhydrogeniumnucleuswhichhavesameprotonand differentenergy 140 第四代核武器 作者： 税举， 何彬， 付广智， 李如松， 周百昌 作者单位： 本文读者也读过(10条) 1. 尹忠红 国外第四代核武器研发概况[会议论文]- 2. 周义 美国核武器发展趋势[期刊论文]-科学之友2001(9) 3. 李俊杰.郑伟涛.金曾孙.朱宰万.王翠 金属氢的基态及超导电性[期刊论文]-吉林大学学报(理学版)2002,40(1) 4. 苟清泉 氢原子团簇与金属氢的形成理论[会议论文]-1998 5. 丁栋.肖学祥 从"确保摧毁"到"绝对优势"——美国核武器技术的现状与未来[期刊论文]-国防科技2007(8) 6. 费继友.李亚荣.朱满林.FEI Ji-you.LI Ya-rong.ZHU Man-lin 某核武器战斗部雷管组合件电气性能的实验研究[期刊论文]-火炸药学 报2005,28(3) 7. 李俊杰.朱宰万.崔勇.LI Jun-jie.ZHU Zai-wan.CUI Yong 金属氢超导临界温度的计算[期刊论文]-延边大学学报（自然科学版） 2002,28(1) 8. 李俊杰.朱宰万.LI Jun-jie.ZHU Zai-wan 金属氢的结合能[期刊论文]-延边大学学报（自然科学版）2001,27(1) 9. 白志国.郝美丽.邢文芳.BAI Zhi-guo.HE Mei-li.XING Wen-fang 金属氢在军事领域的研究应用[期刊论文]-宁波大学学报（理工版） 2006,19(2) 10. 田东风.韩长林 在自力更生、自主创新的道路上不断开拓中国特色核武器科技事业的光辉前景[会议论文]-2009 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6480834.aspx