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中子彈是以高能中子為主要?dú)蛩?，把沖擊波和光輻射的效應(yīng)降得很低的一種特種效應(yīng)武器。也稱增強(qiáng)輻射彈。它的爆炸威力不大，一般1000噸TNT當(dāng)量。對于集群和裝甲目標(biāo)，中子彈是一種戰(zhàn)術(shù)上很有效的武器。它可對敵方人員造成重大傷亡，但對建筑、裝甲等硬目標(biāo)沒有什么毀傷作用。中子彈又稱“干凈”氫彈，產(chǎn)生的剩余輻射很少，沒有什么放射性沾染，使用后己方部隊(duì)可以順利通過殺傷區(qū)。

    制造中子彈，主要是增加核反應(yīng)釋放的中子，同時使核反應(yīng)釋放的中子盡量多地穿出彈殼。主要途徑是增加聚變，減少裂變，選用更合適的材料。有一種金屬鈹對制造中子彈很有用。鈹有6種同位素，從鈹-6到鈹-11。其中只有鈹-9是非放射性的，它占天然鈹?shù)?/span>100%。其他5種同位素均為人工制造。鈹在裂變武器中有兩種用途：一是做成鐳鈹中子源或釙鈹中子源，放在原子彈的彈芯作裂變點(diǎn)火器；二是包在核材料的外面作為中子反射層。因?yàn)殁數(shù)臒嶂凶游战孛婧苄。朔磻?yīng)放出的中子經(jīng)過碰撞慢化，穿出核材料碰著鈹時，就被反彈回核材料中，繼續(xù)參加裂變反應(yīng)，利于燒掉更多裂變材料而增加威力。鈹在聚變武器中也有兩種用途：一是鈹在受到聚變放出的高能中子轟擊時，自身會釋放出兩個高能中子

    這是氫彈爆炸中增大中子注量的簡便方法；二是當(dāng)鈹和氘作用時，還可以用來造氚

    而氘氚反應(yīng)是氫彈的主要反應(yīng)道。一公斤氘氚完全燃燒所釋放的中子數(shù)，大約是一公斤裂變材料完全裂變所釋放中子數(shù)的30倍，這是制造中子彈的基礎(chǔ)。

    我們知道，一次裂變放出200兆電子伏能量和2個中子。這些能量大部分都變成裂變碎片的動能，每個中子帶走的能量很少，平均2兆電子伏。而氘氚聚變反應(yīng)，一次放出17.6兆電子伏能量，放出1個中子。反應(yīng)后生成核所占的動能只有3.5兆電子伏，中子帶走了14.1兆電子伏的能量。從這里可以看出，如果氘氚聚變釋放100兆電子伏能量，會放出6個中子，而裂變釋放100兆電子伏能量平均只有1個中子。就是說釋放能量相等時，聚變反應(yīng)放出的中子數(shù)是裂變反應(yīng)放出中子數(shù)的6倍，而且每個中子的能量平均要高7倍?？梢娭凶訌椝舶l(fā)輻射能量比裂變彈大大增加。圖4.8是千噸當(dāng)量中子彈（裂變、聚變各占一半）與千噸當(dāng)量裂變彈能量分配比較。中子彈瞬發(fā)輻射能量已達(dá)到30%，沖擊波與光輻射的能量減少了。

圖4.8     中子彈與裂變彈能量分配比較

    美國勞侖斯利物摩爾研究所1959年開始研究中子彈，62年進(jìn)行試驗(yàn)，63年取得成功。1977年卡特政府批準(zhǔn)生產(chǎn)中子彈。

    反映核武器設(shè)計(jì)水平的參數(shù)很多，主要有臨界質(zhì)量、比威力、小型化和聚變裂變比。設(shè)計(jì)中子彈可以綜合反映這些水平。

    中子彈是聚變裂變比很高的氫彈，現(xiàn)有核武器技術(shù)聚變裂變比可達(dá)到90以上。中子彈可以作得很小，當(dāng)炮彈用；中子彈的輻射效能很高，相當(dāng)于10倍威力的裂變彈。

    美國物理學(xué)家柯恩提供的資料稱，在150米高空爆炸時，中子彈的殺傷半徑為相同威力裂變彈的兩倍，殺傷面積為4倍；輻射殺傷作用與威力大10倍的裂變彈相當(dāng)。表4.1列出這兩種彈殺傷效應(yīng)的半徑。半徑值是從爆心投影點(diǎn)到劑量或超壓值的距離。

表4.1  中子彈與裂變彈殺傷半徑比較

    據(jù)美國資料，吸收劑量80戈瑞使人員永久喪失戰(zhàn)斗力，6.5戈瑞使人員兩小時內(nèi)生理功能受到損傷， 0.3公斤/厘米2的超壓，將使城市建筑造成中等程度的破壞。美國已為“長矛”導(dǎo)彈裝備了中子彈頭，并生產(chǎn)了203毫米榴彈炮中子炮彈和155毫米榴彈炮中子炮彈。俄國、法國、中國都試驗(yàn)過中子彈。中子彈的設(shè)計(jì)是在掌握氫彈原理和關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，盡可能地減少裂變材料和盡可能地使聚變產(chǎn)生的高能中子易于穿出彈殼。為此，需要在以下三個方面下功夫：

① 初級裂變材料盡可能少。中子彈的聚變?nèi)匀恍枰訌梺硪?，但初級要盡最大可能減少裂變材料。

② 次級充分利用氘氚聚變反應(yīng)；內(nèi)芯和外殼盡可能少用或不用裂變材料。

③ 外層設(shè)計(jì)不能用鈾-238，要用密度高、強(qiáng)度高的其他合金，且要盡量避免對高能中子的吸收，使高能中子的穿透率高。

    如果按核武器的技術(shù)進(jìn)步對核武器進(jìn)行分代，則第一代核武器是原子彈，第二代核武器是氫彈，第三代核武器是特殊性能的氫彈。特殊性能的氫彈是指為特定的要求，設(shè)計(jì)一種增強(qiáng)某一方面毀傷效應(yīng)的武器。中子彈屬于第三代核武器，它是特地增強(qiáng)氫彈瞬發(fā)輻射的核武器。此外還有增強(qiáng)X射線彈，增強(qiáng)沖擊波彈，核電磁脈沖彈，核鉆地彈以及定向能核武器等等。定向能核武器是要求核武器釋放的能量定向發(fā)射。如用核爆炸作泵浦，形成定向發(fā)射的X光激光；用核裂變產(chǎn)生的中子激勵同位素原子核，使其產(chǎn)生定向發(fā)射的g 射線激光，等等。

    增強(qiáng)X射線彈可用于反導(dǎo)防衛(wèi)系統(tǒng)。用一個百萬噸級TNT當(dāng)量的氫彈，在100公里以上高空爆炸，由于空氣稀薄，核爆炸能量被周圍物質(zhì)帶走的很少，70%的能量都是由X射線帶走了。強(qiáng)大的X射線流，可以穿透來襲導(dǎo)彈的殼體，對其內(nèi)部的電子器件、電路等產(chǎn)生輻照效應(yīng)，使之失靈。設(shè)計(jì)一種特別增強(qiáng)X射線的武器，即使在50~70公里的高空爆炸，X射線仍是非常重要的殺傷破壞因素。

    增強(qiáng)沖擊波彈是以沖擊波毀傷為主的特殊氫彈。其顯著特點(diǎn)是降低了剩余放射性，也稱減少剩余放射性彈。美國1980年研制成功，宣稱這種武器的放射性沉降不到同威力裂變彈的十分之一，而且光輻射效應(yīng)也顯著減少。設(shè)計(jì)增強(qiáng)沖擊波，要害是增大能量輸出，多用聚變少用裂變，把氫彈設(shè)計(jì)得盡可能“干凈”。在大氣中爆炸，形成空氣沖擊波，提高力學(xué)破壞效果。由于放射性沉降少，爆炸后己方人員可以順利通過，因而適合戰(zhàn)場使用。

    核電磁脈沖彈是一種利用在大氣層以上爆炸，使之產(chǎn)生大量定向或不定向的強(qiáng)電磁脈沖，以毀壞敵方的通訊系統(tǒng)，簡稱EMP彈。圖4.9是核爆形成的電磁脈沖殺傷示意圖。

    高空核爆炸釋放的g 射線射入大氣層，與大氣中原子發(fā)生康普頓散射，形成康普頓電流?？灯疹D電子在地磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生強(qiáng)電磁輻射。

    對核電磁脈沖彈的設(shè)計(jì)要求：

① 電磁脈沖主頻要高，要能穿入目標(biāo)的縫隙、天線孔，必須是厘米波至毫米波，主頻1010~1011赫茲。

② 電磁脈沖強(qiáng)度和效應(yīng)比普通氫彈強(qiáng)得多。

③ 要求盡量定向發(fā)射，以集中利用并減少對己方的影響。

圖4.9     高空核爆炸的電磁波

    1枚百萬噸級氫彈在400公里高空爆炸，則在地球上空覆蓋半徑為2200公里范圍內(nèi)的最大場強(qiáng)可達(dá)104~105伏/米，但主頻范圍為104~108赫茲。1962年7月，美國在約翰斯頓島上空400公里，進(jìn)行代號為“海盤車”的高空核試驗(yàn)，威力140萬噸TNT當(dāng)量。這次試驗(yàn)曾使離該島1400公里的檀香山地區(qū)街燈同時熄滅，幾百臺防盜報警器報警，高壓線和避雷裝置均被燒毀，引起了美國軍方和國會高度重視。

    核鉆地彈是一種能鉆入地下一定深度后爆炸的低當(dāng)量核彈頭。主要用它產(chǎn)生的地震沖擊波和成坑作用，來破壞敵方的導(dǎo)彈發(fā)射井和地下指揮所等軍事目標(biāo)。它的摧毀作用取決于爆炸威力、鉆地深度、地質(zhì)條件等因素。它對地下目標(biāo)的摧毀作用比地面和空中爆炸更為有效，形成的放射性污染范圍小。設(shè)計(jì)核鉆地彈要有堅(jiān)硬的外殼，以保護(hù)在高速觸地及鉆地過程中核彈不受破壞，同時還要求能按特定指令正常工作，在達(dá)到預(yù)定深度及時爆炸。美國還在積極研制核鉆冰彈，用來攻擊深水層或大冰塊下的潛艇。

    核爆產(chǎn)生的高溫輻射，經(jīng)過波譜變換成為理想的泵浦源，可以用作定向能武器。把激光棒作成細(xì)絲形狀，安放在核裝置周圍，核爆后吸收足夠的輻射能量變成等離子體狀態(tài)。此時處于高激發(fā)態(tài)的離子數(shù)大于低激發(fā)態(tài)的離子數(shù)，當(dāng)離子從高激發(fā)態(tài)回到低激發(fā)態(tài)時就放出光子，增益大到一定程度時，沿細(xì)絲方向發(fā)射出X射線激光。核泵浦X光激光武器就是利用這個原理來實(shí)現(xiàn)。X射線激光波長短，亮度高，脈沖窄，方向性強(qiáng)，能在特定方向上增強(qiáng)核爆X射線的劑量。關(guān)于核泵浦X光激光研究，美國八十年代利用小型核裝置作過演示實(shí)驗(yàn)，測到了波長為1.4納米、功率1014瓦、納秒脈寬的X射線激光。

    還有一種g 射線激光器。它是用裂變中子激勵同位素形成同質(zhì)異能核，使其產(chǎn)生g 射線的激光器。60~70年代，蘇聯(lián)科學(xué)家提出過方案。70年代我國科學(xué)家王淦昌也曾探索和尋找獲得同質(zhì)異能素的途徑。希望找到合適的同質(zhì)異能素鑲坎在晶體結(jié)構(gòu)物質(zhì)中，并且要確保受激發(fā)射的g光子的單色性和方向性。

    從七十年代中期開始研制中子彈，標(biāo)志著進(jìn)入第三代核武器的發(fā)展階段。第三代核武器根據(jù)理解就是核武器的毀傷效應(yīng)經(jīng)過剪裁、增強(qiáng)或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成定向能使用。有的已經(jīng)研究成功了，有的還沒實(shí)現(xiàn)。無論是一代核武器二代核武器，都是大規(guī)模毀滅性的武器，全社會都要求禁止使用。1996年世界上簽訂了“全面禁止核試驗(yàn)條約”，第三代核武器的研究，受到了限制和影響。