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世界科技全景百卷书: 原子弹
原子弹中的核反应是一种“链式反应”。什么叫链式反应？可以用下面的传说故事来说明一下。 古印度有一个国王，棋艺很高，多年来没有人敢和他对弈。这一天，国王宣布，谁要是能赢他，要求什么赏赐都可以满足。结果，有一位很穷困的青年赢了他。那青年说：“请皇帝按下列规则赏些谷米：在棋盘的第一个格中，给我放1粒谷子。在第二格中给我2粒谷子。在第三格中给我4粒，第四格中给我8粒。以后每一格都比前一格增加一倍……直到最后一格为止。” 国王一听哈哈大笑，说：“这太容易了，我的谷子堆成山，正愁没处放呢！”谁知总管和御前学者们计算一番以后，竟吓得伸出舌头！原来计算的结果是总共需要两万万万万颗谷粒。折算一下，把全世界几个世纪以来生产的谷子放在一起，还不够用呢！ 原子弹中的铀核在中子的作用下，可以一分为二，每个铀核分裂将放出两亿电子伏特的能量。如果只有一个铀核分裂，能量仍是微不足道的。实际情况是，铀核分裂时除了放出能量外，还同时放出2～3个中子。这些中子会再次引起其他铀原子核的分裂。一个引起两个，两个引起四个，……这样“链式反应”下去，产生分裂的铀核数目正像棋盘上的谷粒一样，很快会增加到巨大的数量。放出的能量就形成惊人的原子爆炸。 要使链式反应能够实现，必须有一个基本条件，即裂变物质的数量应达到临界质量。我们知道，原子是很小的，原子核更小，大约只占原子体积的数万亿分之一。当中子在原子中通过时，有可能打中原子核，也有可能打不中而逃逸出去。裂变物质的质量越大，打中原子核的可能性也就越大。因此，任何裂变物质都存在一个实现链式反应的最小数量——临界质量。例如，在常温常压下，铀235的临界质量是48.8公斤，钚239的临界质量是16.5公斤。当原子弹中几块铀块或钚块被突然合拢在一起，达到或超过临界质量时，原子弹就发生爆炸。 氢 弹 1954年3月1日，日本的“幸福龙五号”渔船在比基尼岛附近时隐时现，破浪行驶。舱内满是刚捕获的鲜鱼，活蹦乱跳，令人喜爱。忽然，从比基尼岛方向飘来几片乌云，霎时间一些细小的“雪花”降下来，落到身上。渔民们感到奇怪，想掉换方向，但风向也跟着逆转，渔船竟然无法行驶，只好停下来等风向稳定了再说。 不一会儿，“雪”停了，天也晴了，“幸福龙五号”继续朝日本方向行驶。谁知大家开始感到很不舒服。有人呕吐起来。 “哎呀，疼死我了！”一个渔民按着肚子在船板上呻吟。 “我头昏，看不清东西！”另一个渔民叫嚷着。 船长给大家发了止痛片，可吃下去根本不顶用。怎么办？船长叫人爬上桅杆呼救。可附近没有船只的影子。大家只好挣扎着，奋力向日本海岸行驶。两星期后。他们终于在茫茫海面上发现了日本烧津港的轮廓。可这时，已有3名海员死去，剩下的20几名船员已奄奄一息。 日本政府十分重视这一事件。专家们携带仪器登船检验，发现船板缝、鲜鱼上都有严重的放射性污染。结论是，有人偷偷地在公海上试验核武器，那“雪花”正是核爆炸后产生的放射性沉降！日本政府立即向联合国提出公诉：是哪个国家，在公海上胡作非为？ 3月17日，美国政府在强大的国际舆论压力下，只得承认这事是他们干的，并说：那是一次新的氢弹试验…… 美国首次氢弹试验是在1952年10月31日晚间进行的，代号“麦克”。地点是在太平洋的马绍尔群岛。据观测，这次氢弹的爆炸力相当于1000万吨TNT黄色炸药，而美国第一批原子弹的爆炸力只有2万吨。爆炸结果，在海底形成了2000米宽、50米深的“火山口”，一个珊瑚岛也在爆炸后消失了。显然，氢弹的威力大大超过了原子弹。很自然，人们想知道，氢弹所依据的原理是什么，它和原子弹有什么区别。 和原子弹相反，氢弹依赖的反应不是原子核的分裂而是原子核的聚合。科学家早就发现，轻原子核在聚合成较重的核时会放出大量能量。例如，4个氢原子核合成氦原子核，能释放出28百万电子伏特的能量。这叫“聚变”反应。通常，氢弹用的轻材料是氘和氚。氘又称重氢，在自然界含量很丰富，它存在于海水中。氚要人工制造，价格十分昂贵。 一个氘原子核和一个氚原子核聚合时，可以释放 17.6百万电子伏特能量。这样，对于相同质量的核燃料，氘氚聚变放出的能量是铀核裂变反应放能的4倍。而且，氢弹的装药量不受临界质量的限制，可以使威力增加到上千万吨，或者更大。 但是，轻核的聚合是有条件的，因为原子核带正电，它们之间的力总是排斥力。要想使它们结合到一起，必须赋予原子核以很大的速度。它们以高速相撞时，会冲破阻力，实现聚合。怎样才能赋予原子核以高速呢？只要把轻核材料加热到足够高的温度就可以了。 据计算，氘氚的聚变至少需要1000万摄氏度以上的温度才行。这样高的温度是无法用人们常用的炉子来获得的。因此，尽管轻核的聚变反应发现得比裂变反应早，却长期制不出氢弹。只有原子弹出现后，人们才有了获得1000万摄氏度以上高温的手段。在氢弹中总是有一个小的原子弹作“扳机”。当这个原子弹爆炸后，重核的裂变产生高温，氘和氚的原子核以每秒几百公里的速度相互碰撞，迅速进行聚合反应，放出聚变能量，从而完成了氢弹的爆炸过程。 中子弹 清晨四点钟，设在布鲁塞尔的北大西洋公约组织总部的电话响了。 值班军官抓起听筒，脸色吓得煞白，说：“什么？华约国家发动了突然袭击？” 他强迫自己镇定下来，迅速开启录音机，继续详细询问战况。他按动一个电钮，正在熟睡的北约总司令黑格将军被警报唤醒了。10分钟后，人员到齐，紧急会议开始了。 “现在，敌军已攻占了荷兰的齐多而普市，数以千计的坦克和装甲车正向邻近的纽斯塔德镇奔袭……”值班军官汇报说。 “停！两地相距多远？”黑格问。 “1公里！”军官答。 黑格略加思忖，便命令说：“好！长矛导弹和8英寸原子大炮准备，用特种弹头！” ……密集的坦克群像蝗虫一般黑压压地向前拥去，突然空中响起爆炸声。火花闪闪，云雾团团，但是看不到弹片飞溅。坦克像中了定身法一样，突然停下来了。人们爬上坦克，打开顶盖，立刻惊呆了：里面的乘员没有受伤或流血的迹象，但都紧闭双眼，死了…… 这是北约总参谋部设想的一个战例，并非真有其事。那特种弹头就是中子弹。中子弹以高能中子作为杀伤手段，这中子可以穿透一英尺厚的钢板，因此，普通的坦克装甲、掩体和砖墙是阻挡不住它的。这中子肉眼看不见，所以出现“死得莫名其妙”的场面。美国报道说，当前研制的中子弹可使200米范围内的任何生命立即死亡；使800米内没有遮蔽的人员在5分钟内失去活动能力，一两天内死亡。但中子弹对周围物体的破坏半径仅有200米，所以远处的坦克、建筑物等能完好地保存下来。此外，中子弹爆炸时产生的放射性沾染很轻，部队可以很快地进入爆炸地区。这在军事上意义很大。 中子弹的奥秘至今没有公开。但专家们分析，中子弹实际上是一种改进的氢弹。它依赖的也主要是氘氚反应。但氘氚反应从设计上要作许多改进，要增加中子的产额，并且让它们很容易跑到弹体外面去。中子弹同样要有一个产生裂变反应的原子弹作“扳机”，来造成聚变反应的高温。但是，因为中子弹是战术武器，不允许有太大的当量，减化吸收中子的屏蔽材料，从而使中子反应产物尽量减少，以削弱放射性沾染。这与和平时期，在技术上利用的某些核装置，有许多相同之处。要抵御它的攻击，所有军事设施都应该加固。有时，加固的费用要超过原建筑成本的50％。 电磁脉冲弹 1962年7月9日，夏威夷奥阿胡岛上的变压器，突然被强大的电流烧坏了。岛上的30条路灯立刻全部熄灭。同时，在檀香山，数百个防盗警铃莫名其妙地大叫起来，主人们惊慌地抓起手枪，可看不到盗贼的影子。变电所更乱了，电话铃乱响，电力线路的断路器，一个个像爆玉米花似地跳闸。人们拿起电话询问当地行政长官，可是一切通信线都中断了。…… 事后才知道，这些怪事是一次核爆炸引起的。这是美国在太平洋约翰斯登岛上进行的一次高度为400公里、当量为140万吨的高空核爆炸。 核爆炸可以引起电力系统和通信线路的损坏，这是世界上首次核爆炸时就已经发现了的。但当时弄不清其机理，也未引起足够重视。到目前为止，全世界进行了接近 1000次核试验，几乎都观测到了这种现象。例如，1960年苏联在北方的新地岛上进行了一次5000万吨级的高空核爆炸，使阿拉斯加和格陵兰的预警雷达和4000公里范围内的通信系统失灵达24小时之久。还有几次高空核试验，使人造卫星的电子设备和太阳能电池受到损坏，以至停止了工作。 人们将核武器的这一破坏因素，称为核爆炸电磁脉冲效应。所谓“电磁脉冲弹”，正是突出这一破坏因素而制成的新型核武器。 这一破坏因素的理论解释已经比较成熟了。当核爆炸时，瞬时发出的伽玛射线和X光与周围的气体原子发生碰撞，把原子中的电子打下来，沿径向朝外飞出，形成“康普顿电流”。核爆炸由于受大气密度、武器系统、地磁和大气中蒸汽的影响，而不是球对称的，所以“康普顿电流”将发生振荡，形成强大的电磁辐射。另外，核爆炸产生的“火球”是一个高温高压的等离子体，“火球”将把地球的磁力线排斥在外。“火球”高速膨胀时，磁力线受到压缩；“火球”消失时，磁力线又恢复正常。这种磁力线的压缩和恢复也将产生电磁辐射。 电磁脉冲弹产生的破坏虽不能立刻致人于死地，但由于现代电子设备日益普及，并发挥着关键的作用，它在未来的战争中可能举足轻重。据测量，100万吨级核弹在100公里的高度爆炸时，电磁脉冲覆盖面积为1200公里；在400公里高空爆炸时，覆盖面积为2200公里。 电磁脉冲弹是一种防御性武器，它还可以破坏敌方的卫星和运动中的来袭导弹。目前，对付电磁脉冲弹的办法，一般从采取“电子加固措施”着眼，例如改进电路，加强屏蔽，增加保护装置等。 |
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