第三代和第四代核武器原理

第三代核武器

　　第三代核武器又称特定功能核武器，通过特殊的设计，增强或减弱某些核爆炸效应，达成某些特殊杀伤破坏效应，从而提高了实战运用的灵活性。当前，以美、俄为首的核大国，正加紧研制和完善第三代核武器，随着第三代核武器的装备，核大国可在战略、战役战术层次上实施核威慑，既可对付全球核威胁，又可对付地区性核威胁。有关军事专家认为在新世纪可能爆发的局部冲突中，使用第三代核武器的现实危险性增大。
　　
　　中子弹　 它是以高能中子为主要杀伤因素，相对减弱冲击波和光辐射效应的小型氢弹。

　　为什么原子弹和普通氢弹爆炸后不能放出大量中子流呢？这是因为，原子弹是裂变弹，虽然每次裂变反应都放出2～3个中子，但又大都作为“炮弹”去轰击周围其它铀原子核使之形成自持链式反应。氢弹是聚变弹，聚变反应也放出中子。但目前普遍采用的裂变-聚变-裂变模式的三相弹，聚变反应放出的快中子除用来轰击锂6造氚外，还要用来轰击贫化铀238形成裂变反应，所以普通氢弹爆炸所产生的中子主要供“内需”，极少外泄，也就不能成为中子弹。目前供实战使用的中子弹实际是二相弹，即先引爆小型原子弹，再利用裂变反应放出的中子轰击聚变材料氘和氚，也就是去掉了“第三相”外壳铀238。

　　中子弹的两大特点：一是强辐射，中子弹爆炸时，聚变能量的80%为高能中子携带而增强了核辐射。例如一颗1 000吨TNT当量中子弹爆炸时距爆心800～1 000米处的核辐射剂量为同当量原子弹的20倍左右，对人员的瞬时杀伤半径可达800～1 000米。二是低当量，通常为千吨级，有效作用半径小，靠大量高能中子不仅能杀伤暴露人员，也能杀伤坦克装甲车内的人员。因为只有爆炸当量为1千吨和1千吨以下时，增强辐射武器的辐射杀伤半径才大大超过同一当量武器的冲击波破坏半径。

　　目前，除了美、俄、法、中四国已掌握中子弹技术外，1999年8月16、18日，印、巴分别宣布具有制造中子弹的能力，当然“有能力”与拥有实战中子弹，差距还很大。中子弹是对付集群坦克的一种有效武器。苏联军事专家曾设想了一个奔赴战场的坦克群的遭遇：只见空中出现了一个小火团，随着传来一阵清脆的爆炸声，火团很快扩散，渐渐消失在明媚的阳光中。然而，仅仅几分钟后，刚刚井然有序势不可挡向前推进的坦克车队乱了套，有的熄火停在原地，有的像无头苍蝇到处乱撞，而坦克内的士兵，则无声无息永远地沉睡了。离火团稍远一些坦克内的士兵，有的痛苦呻吟，有的疯狂吼叫……数小时（其实只需1小时）后，敌军士兵大摇大摆走进这片坦克阵地，开走了能动的坦克（中子弹只杀伤人不毁物或少毁物），俘虏了活着的士兵。
　　
　　核电磁脉冲弹　 它是利用在大气层以上的核爆炸，使之产生大量定向或不定向的强电磁脉冲，以毁坏敌方通信系统的核武器，简称EMP弹。

　　EMP弹在高空爆炸后释放出极强的γ射线进入密度不均匀的大气层，使空气发生电离后产生的电子以光速离开爆心，使爆心周围聚集了大量正离子形成强电磁场，电磁场高速向外辐射就产生了强电磁脉冲。强电磁脉冲作用到电子系统、电子设备、通信系统中可产生很高的瞬时电压和电流，从而造成毁坏或瞬时干扰。核弹头经过改造“剪裁”，可使爆后总能量的40%转换成电磁脉冲。制造核电磁脉冲弹的方法之一是在中子弹周围包一层材料，该材料的原子核与中子相互作用瞬间释放出高能γ射线。

　　EMP弹的特点一是作用范围大。一枚100万吨当量的EMP在距地面400千米高空爆炸时，破坏半径可达到2 200千米，尤其是它“无孔不入”：可通过管道、铁轨、孔隙、电缆、接线柱、天线等进入设备内部。1962年6月9日，美国在太平洋约翰斯顿岛上空500千米爆炸了一颗140万吨当量核弹头，使1 280千米之外的夏威夷瓦胡岛上大面积停电、电话中断、收音机不响、各种电子仪器故障……后经专家研究才发现罪魁祸首是核电磁脉冲。二是电场强度高，可在大范围内产生强电场。据美国专家估算，如果在美国中部城市圣路易斯上空402～483千米处爆炸一枚400万吨当量核弹，将在全美国大陆及北美大陆主要部分（殃及加拿大）上空产生每米5万伏场强，将使未经采取“加固”措施的通信、交通、国防、金融、公用设施的设备严重受损，其破坏方式主要是烧毁损坏电子设备和线路。三是影响频谱宽。核电磁脉冲覆盖了目前军用和民用通信系统大部分频谱，并很容易通过各种输入端进入电子系统。

　　核电磁脉冲不仅可用于毁伤通信指挥系统，还可远距离破坏导弹、弹头、卫星、飞船等内部电子线路。因而在战略防御时，可使来袭导弹或战略轰炸机自毁或失控；战略进攻时，既可作为突防手段毁伤干扰包括卫星预警雷达在内的探测系统，也可直接毁伤干扰敌指挥中心、导弹发射井、太空卫星空间站等指挥通信系统。目前，美、俄尤其是美国正加紧研制这种武器，主要用于美国空军装备的洲际导弹，能在距地面50～100千米的高空爆炸。能瘫痪和毁坏半径500千米以内的无线电电子设施和通信线路。据美专家称，该项工作可能在2001～2004年恢复，2006～2008年开始批量生产。

　　由以上介绍可见，中子弹和核电磁脉冲弹的配合使用，采取突然袭击的方法先用核电磁脉冲弹毁损通信指挥设施及武器装备，随后用中子弹杀伤人员，不失为对付航母舰队的一种有效手段。当然，这也仅限于局部有限战争，至少也是大规模战争的“热身战”。因为如果双方“破釜沉舟”，位于海上的航母舰队并非首选目标。
　　
　　核钻地弹　 它是能钻入地下一定深度后爆炸的核弹。主要利用爆炸产生的地震波和成坑作用，毁坏敌方导弹发射井、地下指挥中心等硬点目标。

　　为了能在核打击中首先摧毁苏联导弹发射井、地下指挥中心等地下高价值战略目标，从50年代中期开始，美国主要依靠当量900万吨、弹坑深达150米的B53型核航弹作为钻地核弹。由于当量太大（颇有点“得不偿失”）、弹头的重量和尺寸太大、且只能用易损而又笨重的B-52战略轰炸机携带，给作战使用带来诸多不便。因此，美国决定加以更新。

　　美国曾于六七十年代论证过多种钻地核航弹，均因无法降低当量而下马。随着弹道导弹技术和核弹头小型化的飞速发展，美国于1979年加紧研制可用于射程1 800千米、圆概率误差20～45米的中程弹道导弹“潘兴”Ⅱ上的钻地核弹头，其设计要求是：在爆炸前能钻入相当于9层楼高的地下深处，以地震或炸坑的破坏机理来摧毁敌人的点目标。后很快研制成功美国也是世界第一种钻地核弹头W86。但钻地核弹头计划于1981年1月被取消，主要原因是“潘兴”Ⅱ导弹的任务改变成打击各种目标。计划取消时，钻地弹的研制工作已经结束，“潘兴”Ⅱ改为用非钻地核弹头。
　　80年代末，美国制定了一项新战略，旨在“使苏联的战争机器在冲突爆发后数小时便处于瘫痪”，为此“美将发展一种威力强大到完全能穿透苏联最深地下堡垒、在战争爆发后数小时便把隐蔽在那里的苏联领导人全部消灭的新武器”（刊登在1989年7月23日美国《洛杉矶时报》，时隔3天，中国《人民日报》转载）。当然，钻地弹要对付的还有导弹发射井、地下指挥控制中心及核生化导弹地下中心库、战略物资地下贮存库等。正是在这种战略思想支配下，一种新的钻地核航弹B61-11问世了。

　　1995年8月由美国国防部正式批准将B61-7型核航弹改为B61-11型钻地航弹。截止1998年4月，该弹共进行了26次空投试验，被钻地介质有沙地、硬质地层、坚实地面、岩石、混凝土、坚硬冻土。

　　该弹战斗部重为549千克，外径0.34米，长0.37米，威力300吨～30万吨当量TNT可调；当量调节方式是调节注入氚量的多少，在上述当量范围内可进行5档当量选择；穿透能力，在不同地下目标2～15米；端头材料为含有强穿透能力贫化铀的合金钢钻地头锥；弹头引爆深度3～6米；对地下目标的毁伤半径为几百米量级；运载工具为B-52、B-1B、B-2型轰炸机或F-16战斗机。

　　美国已于1998年春天开始部署B61-11。据估计目前至少已装备了50枚。这是美国自1989年以来首次为其核武库补充新的、也是唯一的钻地核航弹，也使美国成为目前世界上装备包括中子弹、核钻地弹、微型超微型核弹头等种类最多、数量最多的第三代核武器的国家。美国逆时代潮流公然装备这种重量轻、尺寸小、当量可调、适于多种机型投放、能执行特种作战任务的第三代核武器，大大增强了其核攻击能力。
　　
　　冲击波弹　 它是以冲击波效应为主要杀伤破坏因素的特殊性能氢弹，又称弱剩余辐射弹。与中子弹正相反，冲击波弹是在核爆炸时增强其冲击波效应，同时削弱核辐射效应。

　　冲击波弹的内核（扳机）是低当量小型原子弹，外壳采用硼或含氢的材料作为反射阻尼层，使原子弹裂变反应放出的中子减速并被硼或氢吸收而转化成冲击波和光辐射，而使冲击波（超压）成为主要杀伤破坏因素。其当量一般在千吨TNT以下。美国于1980年宣布已研制成功冲击波弹，其当量小到10吨级，大到1 000吨级。据报道，在美国核武库中，已经装备了一定数量的冲击波弹。

　　冲击波弹的杀伤破坏作用与常规武器相近，能以地面或接近地面的核爆炸摧毁敌方较坚固的军事目标等，且产生的放射性沉降较少，核爆炸后部队即可进入核爆区，因而作战运用十分方便。它是一种战役战术核武器，用于攻击战役、战术纵深内重要目标，例如地面装甲车队，集结部队、飞机跑道、港口、交能枢纽、电子设施，也可炸成大弹坑或摧毁重要山口通道以阻止敌军前进。

　　以对人员杀伤为例，冲击波效应主要以超压的挤压和动压的撞击，使人员受挤压、摔掷而损伤内脏或造成外伤、骨折、脑震荡等。一枚1 000吨级当量核弹头低空（60～120米）爆炸时，人员致死和重伤立即丧失战斗力的范围分别是260米和340米。

第四代核武器

　　在研制第三代核武器的同时，美、俄、法等国正研制与前三代核武器有本质区别的第四代核武器。第四代核武器是以原子武器的原理为基础，用效力很强的高能炸药代替核聚变扳机来提供核裂变所需条件，所用的关键设施是民用研究所使用的惯性约束聚变装置和加速器等装置，即不用传统核爆炸即可释放大量核能，产生大规模杀伤破坏效应又完全不产生剩余核辐射的核武器，因而其发展不受全面禁止核试验条约限制，可以作为常规武器使用因而备受有核武器国家关注，但因其技术复杂研制难度很大，只有那些已掌握了原子弹、氢弹核武器，且技术特别是核技术水平高的国家才有能力发展第四代核武器。
　　
　　金属氢武器　 金属氢在一定的压力下可以转化成固态结晶体，稳定性好，室温下即可长期保存以便制成炸药。金属氢的爆炸威力是TNT炸药的25～35倍，是目前已知威力最大的化学爆炸物。金属氢武器已被列入美国国家重点研究项目。
　　
　　反物质武器　 众所周知，世界由物质组成，物质由分子组成，分子由原子构成。而原子又由处于中心、带正电荷、质量和整个原子差不多但体积只占原子一小部分的坚硬的原子核和绕核旋转的很轻带负电的电子组成。随后人们通过实验又知道原子核由质子（带正电）和中子（不带电）组成。质子和中子统称为“核子”。1986年，科学家在磁陷阱中首先捕获到反质子（带负电的质子称反质子，带正电的电子称反电子），这一重大的新发现使人类对反物质的性能有了突破性认识。而物质与它的反物质的相互作用，又称湮没反应，可迅速放出巨大能量。仅几微克的反物质就可激励出极强的χ射线和γ射线。因而在军事上有多种用途。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。
　　
　　核同质异能素武器　 所谓原子核的同质异能素是指质量和原子序数相同，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1千焦耳/克，而核同质异能素的爆炸当量是高能炸药的100万倍，其裂变反应的能量是高能炸药的8 000万倍。目前，美国正和法国合作，通过重离子碰撞或聚变中的微爆炸产生的中子脉冲进行核合成而得到这种核同质异能素，并对其性质和释放能量的条件和方式进行系统的研究。