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原子弹

原子弹(Atomic bomb)是核武器之一,是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用,以及造成大面积放射性污染,阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。主要包括裂变武器(第一代核武,通常称为原子弹)和聚变武器(亦称为氢弹,分为两级及三级式)。亦有些还在武器内部放入具有感生放射的轻元素,以增大辐射强度扩大污染,或加强中子放射以杀伤人员(如中子弹)。

核武器是指利用能自持进行核裂变聚变反应释放的能量,产生爆炸作用,并具 有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235(U)或钚239(Pu)等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器,通常称为原子弹;主要利用重氢(dao H,)或超重氢(chuan H,氚)等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器,通常称为氢弹

1964年10月16日,中国自行研制的第一颗原子弹爆炸成功 。根据解密的资料,为了这颗原子弹的爆炸,中国一共花费了28亿人民币。 1967年6月17日,中国又成功地进行了首次氢弹试验,打破了超级大国的核垄断、核讹诈政策,为中华人民共和国作出了巨大贡献。

石油等矿物燃料燃烧时释放的能量,来自化合反应。 一般化学炸药如梯恩梯(TNT)爆炸时释放的能量,来自化合物的分解反应。在这些化学反应里,碳、氢、氧、氮等原子核都没有变化,只是各个原子之间的组合状态有了变化。核反应与化学反应则不一样。在核裂变或核聚变反应里,参与反应的原子核都转变成其他原子核,原子也发生了变化。人们习惯上称这类武器为原子武器。但实质上是原子核的反应与转变,所以称核武器更为确切。

核武器爆炸时释放的能量,比只装化学炸药常规武器要大得多。例如,1千克铀全部裂变释放的能量约8×1013焦耳,比1千克梯恩梯炸药爆炸释放的能量4.19×106焦耳约大2000万倍。核武器爆炸释放的总能量,即其威力的大小,常用释放相同能量的梯恩梯炸药量来表示,称为梯恩梯当量。美、苏等国装备的各种核武器的梯恩梯当量,小的仅1000吨,甚至更低;大的达1000万吨,甚至更高。

核武器爆炸,不仅释放的能量巨大,而且核反应过程非常迅速,微秒级的时间内即可完成。因此,在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度,加热并压缩周围空气使之急速膨胀,产生高压冲击波。地面和空中核爆炸,还会在周围空气中形成火球,发出很强的光辐射。核反应还产生各种射线和放射性物质碎片;向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用,造成电流的增长和消失过程,其结果又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征,使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射放射性沾染核电磁脉冲等杀伤破坏作用。核武器的出现,对现代战争的战略战术产生了重大影响。

原子弹主要是利用核裂变释放出来的巨大能量来起杀伤作用的一种武器。它与核反应堆一样,依据的同样是核裂变链式反应。按理,反应堆既然能实现链式反应,那么只要使它的中子增殖系数k大于1,不加控制,链式反应的规模将越来越大,则最终会发生爆炸。也就是说,反应堆也可以成为一颗“原子弹”。实际上也是这样,若增殖系数k大于1而不加控制的话,反应堆确实会发生爆炸,所谓反应堆超临界事故就是属于这样一种情况。反应堆重达几百吨、几千吨,无法作为武器使用。而且在这种情况下,裂变物质的利用率很低,爆炸威力也不大。要制造原子弹,首先要减小临界质量,同时要提高爆炸威力。这就要求原子弹必须利用快中子裂变体系,装药必须是高浓度的裂变物质,同时要求装药量大大超过临界质量,以使增殖系数k远远大于1。

原子弹的装药,能大量得到、并可以用作原子弹装药的还只限于铀235、钚239和铀233三种裂变物质。235是原子弹的主要装药。要获得高加浓度的铀235并不是一件轻而易举的事,这是因为,天然铀235的含量很小,大约140个铀原子中只含有1个铀235原子,而其余139个都是铀238原子;尤其是铀235和铀238是同一种元素的同位素,它们的化学性质几乎没有差别,而且它们之间的相对质量差也很小。用普通的化学方法无法将它们分离;采用分离轻元素同位素的方法也无济于事。

为了获得高加浓度的235,早期,科学家们曾用多种方法来攻此难关。最后“气体扩散法”终于获得了成功。铀235原子约比铀238原子轻1.3-,如果让这两种原子处于气体状态,铀235原子就会比铀238原子运动得稍快一点,这两种原子就可稍稍得到分离。气体扩散法所依据的,就是铀235原子和铀238原子之间这一微小的质量差异。这种方法首先要求将铀转变为气体化合物。六氟化铀是唯一合适的一种气体化合物。这种化合物在常温常压下是固体,但很容易挥发,在56.4℃即升华成气体。铀235的六氟化铀分子与铀238的六氟化铀分子相比,两者质量相差不到百分之一,但事实证明,这个差异已足以使它们分离了。

六氟化铀气体在加压下被迫通过一个多孔隔膜。含有铀235的分子通过多孔隔膜稍快一点,所以每通过一个多孔隔膜,铀235的含量就会稍增加一点,但是增加的程度是十分微小的。要获得几乎纯的铀235,就需要让六氟化铀气体数千次地通过多孔隔膜。

气体扩散法投资很高,耗电量很大,但这种方法仍是实现工业应用的唯一方法。为了寻找更好的铀同位素分离方法,许多国家做了大量的研究工作,已取得了一定的成绩。例如离心法已向工业生产过渡,喷嘴法等已处于中间工厂试验阶段,而新兴的冠醚化学分离法和激光分离法等则更有吸引力。可以相信,今后一定会有更多更好的分离铀同位素的方法付诸实用,气体扩散法的垄断地位必将结束。

原子弹的另一种重要装药是钚239。钚239是通过反应堆生产的。在反应堆内,铀238吸收一个中子,不发生裂变而变成铀239,铀239衰变成镎239239衰变成钚239。由于钚与铀是不同的元素,因此虽然只有很少一部分铀转变成了钚,但钚与铀之间的分离,比起铀同位素间的分离来却要容易得多,因而可以比较方便地用化学方法提取纯

铀233也是原子弹的一种装药,它是通过钍232在反应堆内经中子轰击,生成钍233,再相继经两次β衰变而制得。

从上面可以看到,后两种装药是通过反应堆生产的。它们是依靠铀235裂变时放出的中子生成的,也就是说,它们的生成是以消耗铀235为代价的,丝毫也离不开铀235。从这个意义上来说,完全可以把铀235称作“核火种”,因为没有铀235就没有反应堆,就没有原子弹,就没有大规模的原子能利用。

有了核装药,只要使它们的体积或质量超过一定的临界值,就可以实现原子弹爆炸了。只是这里还有一个原子弹的引发问题,也就是如何做到:不需要它爆炸时,它就不爆炸;需要它爆炸时,它就能立即爆炸。这可以通过临界质量或临界尺寸的控制来实现。从原理上讲,最简单的原子弹采用的是所谓枪式结构。两块均小于临界质量的铀块,相隔一定的距离,不会引起爆炸,当它们合在一起时,就大于临界质量,立刻发生爆炸。但是若将它们慢慢地合在一起,那么链式反应刚开始不久,所产生的能量就足以将它们本身吹散,而使链式反应停息,原子弹的爆炸威力和核装药的利用率就很小,这与反应堆超临界事故爆炸时的情况有些相似。因此关键问题是要使它们能够极迅速地合在一起。

这可以象旁图所示的那样,将一部分铀放在一端,而将另一部分铀放在“炮筒”内,借助于烈性炸药,极迅速地将它们完全合在一起,造成超临界,产生高效率的爆炸。为了减少中子损失,核装药的外面有一层中子反射层;为了延迟核装药的飞散,原子弹具有坚固的外壳。

1945年8月,美国投到日本广岛的那颗原子弹(代号叫“小男孩”)采用的就是枪式结构,弹重约4100公斤,直径约71厘米,长约305厘米。核装药为铀235,爆炸威力约为14000吨梯恩梯当量。在枪式结构中,每块核装药不能太大,最多只能接近于临界质量,而决不能等于或超过临界质量。因此当两块核装药合拢时,总质量最多只能比临界质量多出近一倍。这就使得原子弹的爆炸威力受到了限制。

另外在枪式结构中,两块核装药虽然高速合拢,但在合拢过程中所经历的时间仍然显得过长,以致于在两块核装药尚未充分合并以前,就由自发裂变所释放的中子引起爆炸。这种“过早点火”造成低效率爆炸,使核装药的利用率很低。一公斤铀235(或钚239)全部裂变,大约能释放18000吨梯恩梯当量的能量,一颗原子弹的核装药一般为15~25公斤铀235(或6~8公斤钚239),以此计算,“小男孩”的核装药利用率还不到百分之五。

铀在正常压力下的密度约为19克/立方厘米。在高压下,铀可被压缩到更高的密度。研究表明,对于一定的裂变物质,密度越高,临界质量越小。根据这一特性,在发展枪式结构的同时,还发展了一种内爆式结构。在枪式结构中,原子弹是在正常密度下用突然增加裂变物质数量的方法来达到超临界,而内爆式结构原子弹则是利用突然增加压力,从而增加密度的方法达到超临界。

在内爆式结构中,将高爆速的烈性炸药制成球形装置,将小于临界质量的核装料制成小球,置于炸药中。通过电雷管同步点火,使炸药各点同时起爆,产生强大的向心聚焦压缩波(又称内爆波),使外围的核装药同时向中心合拢,使其密度大大增加,也就是使其大大超临界。再利用一个可控的中子源,等到压缩波效应最大时,才把它“点燃”。这样就实现了自持链式反应,导致极猛烈的爆炸。内爆式结构优于枪式结构的地方,在于压缩波效应所需的时间远较枪式结构合拢的时间短促,因而“过早点火”的几率大为减小。这样,内爆式结构就可以使用自发裂变几率较大的裂变物质,如钚239作核装药;同时使利用效率大为增。

美国投于日本长崎的那颗原子弹(代号叫“胖子”),采用的就是内爆式结构,以钚239作核装药。弹重约4500公斤,弹最粗处直径约152厘米,弹长约320厘米,爆炸威力估计为20000吨梯恩梯当量。

原子弹的进一步发展就是氢弹,或称为热核武器。氢弹利用的是某些轻核聚变反应放出的巨大能量。它的装药可以是氘和氚,也可以是氘化锂6,这些物质称为热核材料。按单位重量的物质计,核聚变反应放出的能量比裂变反应更多,而且没有所谓临界质量的限制,因而氢弹的爆炸威力更大,一般要比原子弹大几百倍到上千倍。

不过热核反应只有在极高的温度(几千万度)下才能进行,而这样高的温度只有在原子弹爆炸时才能产生,因此氢弹必须用原子弹作为点燃热核材料的“雷管”。氢弹爆炸时会放出大量的高能中子,这些高能中子能使铀238发生裂变。因此在一般氢弹外面包一层铀238,就能大大提高爆炸威力。这种核弹的爆炸,经历裂变一聚变裂变三个过程,所以称为“三相弹”。它的特点是成本低、威力大、放射性污染多。

还有一种新型核弹,即所谓中子弹。中子弹实际上可能是一种小型氢弹,只不过这种小型氢弹中裂变的成分非常小,而聚变的成分非常大,因而冲击波和核辐射的效应很弱,但中子流极强。它靠极强的中子流起杀伤作用,据称能做到“杀人而不毁物”。原子弹是用铀制造的,也可以用钚制造,但钚是通过铀而制得的。而氢弹则必须用原子弹来引。因此,归根结帮,核武器、热核武器的制造都离不开铀。因此,在过去,在今天,在今后相当长一个时期内,最重的天然元素之所以重要,首先在于军事上的需要。

核武器系统,一般由核战斗部、投射工具和指挥控制系统等部分构成,核战斗部是其主要构成部分。核战斗部亦称核弹头,并常与核装置、核武器这两个名称相互代替使用。 实际上,核装置是指核装料、 其他材料、起爆炸药与雷管等组合成的整体,可用于核试验,但通常还不能用作可靠的武器;核武器则指包括核战斗部在内的整个核武器系统。核武器的出现,是20世纪40年代前后科学技术重大发展的结果。

1939年初,德国化学家O.哈恩和物理化学家F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。几个星期内,许多国家的科学家验证了这一发现,并进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件,从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。但是,同历史上许多科学技术新发现一样,核能的开发也被首先用于军事目的,即制造威力巨大的原子弹,其进程受到当时社会与政治条件的影响和制约。

从1939年起,由于法西斯德国扩大侵略战争,欧洲许多国家开展科研工作日益困难。 同年9月初,丹麦物理学家N.H.D.玻尔和他的合作者J.A.惠勒从理论上阐述了核裂变反应过程,并指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀235。 正当这一有指导意义的研究成果发表时,英、法两国向德国宣战。

1940年夏天,德军占领法国。法国物理学家J.-F.约里奥-居里领导的一部分科学家被迫移居国外。英国曾制订计划进行这一领域的研究,但由于战争影响,人力物力短缺,后来也只能采取与美国合作的办法,派出以物理学家J.查德威克为首的科学家小组,赴美国参加由理论物理学家J.R.奥本海默领导的原子弹研制工作。

在美国,从欧洲迁来的匈牙利物理学家齐拉德莱奥首先考虑到,一旦法西斯德国掌握原子弹技术可能带来严重后果。经他和另几位从欧洲移居美国的科学家奔走推动,于1939年8月由物理学家A.爱因斯坦写信给美国第32届总统F.D.罗斯福,建议研制原子弹,才引起美国政府的注意。但开始只拨给经费6000美元,直到1941年12月日本袭击珍珠港后,才扩大规模,到1942年8月发展成代号为“曼哈顿工程区”的庞大计划,直接动用的人力约60万人,投资20多亿美元。到第二次世界大战即将结束时制成 3颗原子弹,使美国成为第一个拥有原子弹的国家。

制造原子弹,既要解决武器研制中的一系列科学技术问题,还要能生产出必需的核装料铀235、钚239。天然铀中同位素铀235的丰度仅0.72-,按原子弹设计要求必须提高到90-以上。当时美国经过多种途径探索研究与比较后,采取了电磁分离、气体扩散和热扩散三种方法生产这种高浓铀。供一颗“枪法”原子弹用的几十千克高浓铀,是靠电磁分离法生产的。建设电磁分离工厂的费用约3亿美元(磁铁的导电线圈是用从国库借来的白银制造的,其价值尚未计入)。钚239要在反应堆内用中子辐照铀238的方法制取。 供两颗“内爆法”原子弹用的几十千克钚239,是用3座石墨慢化、水冷却型天然铀反应堆及与之配套的化学分离工厂生产的。以上事例可以说明当时的工程规模。由于美国的工业技术设施与建设未受到战争的直接威胁,又掌握了必需的资源,集中了一批国内外的科技人才,使它能够较快地实现原子弹研制计划。

德国的科学技术,当时本处于领先地位。1942年以前,德国在核技术领域的水平与美、英大致相当,但后来落伍了。美国的第一座试验性石墨反应堆,在物理学家E.费密领导下,1942年12月建成并达到临界;而德国采用的是重水反应堆,生产钚239,到1945年初才建成一座不大的次临界装置。为生产高浓铀,德国曾着重于高速离心机的研制,由于空袭和电力、物资缺乏等原因,进展很缓慢。A.希特勒迫害科学家,以及有的科学家持不合作态度,是这方面工作进展不快的另一原因。更主要的是,德国法西斯头目过分自信,认为战争可以很快结束,不需要花气力去研制尚无必成把握的原子弹,先是不予支持,后来再抓已困难重重,研制工作终于失败。

1945年5月德国投降后,美国有不少知道“曼哈顿工程区”内幕的人士,包括以物理学家J.弗兰克为首的一大批从事这一工作的科学家,反对用原子弹轰炸日本城市。当时,日本侵略军受到中国人民长期抗战的有力打击,实力大大削弱。美、英在太平洋地区的进攻,又几乎全部摧毁日本海军,海上封锁使日本国内的物资供应极为匮泛。在日本失败已成定局的情况下,美国仍于8月6日、9日先后在日本的广岛和长崎投下了仅有的两颗原子弹。

苏联在1941年6月遭受德军入侵前,也进行过研制原子弹的工作。铀原子核的自发裂变,是在这一时期内由苏联物理学家Г.Н.弗廖罗夫和Κ.А.佩特扎克发现的。卫国战争爆发后,研制工作被迫中断,直到1943年初才在物理学家И.В.库尔恰托夫的组织领导下逐渐恢复,并在战后加速进行。1949年8月,苏联进行了原子弹试验。1950年1月,美国总统H.S.杜鲁门下令加速研制氢弹。1952年11月,美国进行了以液态氘为热核燃料的氢弹原理试验,但该实验装置非常笨重,不能用作武器。1953年8月,苏联进行了以固态氘化锂6为热核燃料的氢弹试验,使氢弹的实用成为可能。 美国于1954年2月进行了类似的氢弹试验。英国、法国先后在50和60年代也各自进行了原子弹与氢弹试验。

中国在开始全面建设社会主义时期,基础工业有了一定的发展,即着手准备研制原子弹。1959年开始起步时,国民经济发生严重困难。 1959年6月,苏联政府撕毁中苏在1957年10月签订的关于国防新技术协定,随后撤走专家,中国决心完全依靠自己的力量来实现这一任务。中国首次试验的原子弹取"596"为代号,就是以此激励中国军民大力协同做好这项工作。1964年10月16日,首次原子弹试验成功。经过两年多,1966年12月28日,小当量的氢弹原理试验成功;半年之后,于1967年6月17日成功地进行了百万吨级的氢弹空投试验。中国坚持独立自主、自力更生的方针,在世界上以最快的速度完成了核武器这两个发展阶段的任务。

美国对日本投下的两颗原子弹,是以带降落伞的核航弹形式,用飞机作为运载工具的。以后,随着武器技术的发展,已形成多种核武器系统,包括弹道核导弹、 巡航核导弹、 防空核导弹、反导弹核导弹、反潜核火箭、深水核炸弹、核航弹核炮弹核地雷等。其中,配有多弹头的弹道核导弹,以及各种发射方式的巡航核导弹,是美、苏两国装备的主要核武器。

通常将核武器按其作战使用的不同划分为两大类,即用于袭击敌方战略目标和防御己方战略要地的战略核武器,和主要在战场上用于打击敌方战斗力量的战术核武器。苏联还划分有“战役战术核武器”。核武器的分类方法,与地理条件、社会政治因素有关,并不是十分严格的。自70年代末以后,美国官方文件很少使用“战术核武器”,代替它的有“战区核武器”、“非战略核武器”等,并把中远程、中程核导弹也划归这一类。

已生产并装备部队的核武器,按核战斗部设计看,主要属于原子弹和氢弹两种类型。至于核武器的数量,并无准确的公布数字,有关研究机构的估计数字也不一致。按近几年的资料综合分析,到80年代中期,美、苏两国总计有核战斗部50000枚左右,占全世界总数的95-以上。其梯恩梯当量,总计为120亿吨左右。而第二次世界大战期间,美国在德国和日本投下的炸弹,总计约200万吨梯恩梯,只相当于美国B-52型轰炸机携载的2枚氢弹的当量。从这一粗略比较可以看出核武器库贮量的庞大。

美苏两国进攻性战略核武器(包括洲际核导弹、潜艇发射的弹道核导弹、巡航核导弹和战略轰炸机)在数量和当量上比较,美国在投射工具(陆基发射架、潜艇发射管、飞机)总数和梯恩梯当量总值上均少于苏联,但在核战斗部总枚数上多于苏联。考虑到核爆炸对面目标的破坏效果同当量大小不是简单的比例关系,另一种估算办法是以一定的冲击波超压对应的破坏面积来度量核战斗部的破坏能力,即取核战斗部当量值(以百万吨为计算单位)的2/3次方为其“等效百万吨当量”值(也有按目标特性及其分布和核攻击规模大小等不同情况,选用小于2/3的其他方次的),再按各种核战斗部的枚数累计算出总值。按此法估算比较美、苏两国的战略核武器破坏能力,由于当量小于百万吨的核战斗部枚数,美国多于苏联,两国的差距并不很大。

但自80年代以来,随着苏联在分导式多弹头导弹核武器上的发展,这一差距也在不断扩大。而对点(硬)目标(见点目标)的破坏能力,则核武器投射精度起着更重要的作用,由于在这方面美国一直领先,仍处于优势。除美、苏、英、法和中国已掌握核武器外,印度在1974年进行过一次核试验。一般认为,掌握必要的核技术并具有一定工业基础及经济实力的国家,也完全有可能制造原子弹。

铀235、钚239等核材料的生产外,核战斗部本身的研制,必须与整个核武器系统的研制程序协调一致。研制过程大致如下:从设想阶段开始;经过关键技术课题和部件的预先研究或可行性研究,形成包括重量、尺寸、形式、威力、核材料、核试验要求、研制工期、经费等内容的几种设计方案;再经过论证比较和评价,选定设计方案,确定战术技术指标;然后进行型号研究设计、各种模拟试验;工艺试验与试制,通过核试验检验设计的合理性,最后达到设计定型、工艺定型与批准生产。进行这些工作,要有专门的科技队伍,并配备必要的试验场所,包括核试验场。武器交付部队后,研制和生产部门还要提供维护、修理、更换部件等服务工作,按反馈的信息进行必要的改进,并负责其退役处理或更新。

要做好核战斗部的设计,必须深入了解其反应过程,弄清其必须具备的条件与各种物理参数,掌握其中多种因素的内在联系与变化规律。为此,要进行原子核物理、中子物理、高温高压凝聚态物理、超音速流体力学、爆轰学、计算数学和材料科学等多学科的一系列科学技术问题的研究,而核战斗部的研制实践又会反过来带动和促进这些学科的发展。

在研制过程中,以下环节起着重要作用:

①要用快速的、大容量电子计算机进行反应过程的理论研究计算,这种计算应尽可能接近实际情况,以便从多种设想或设计方案中找出最优方案,从而节省费用与减少核试验次数。20世纪40年代以来,推动电子计算机技术迅速发展的重要因素之一,正是由于核武器研制的需要。

②要按照方案或指标要求,反复进行多方面的模拟试验,包括化学炸药爆轰试验,材料与强度试验,环境条件试验,控制、 点火与安全试验等。 这些都是为达到核武器高度可靠和安全所必不可少的。

③要进行必要的核试验。无论是电子计算机上的大量计算,还是相应的模拟试验,总不能达到百分之百地符合核武器方案的真实情况。特别是氢弹聚变反应所必需的高温条件,还只能由裂变反应来提供(利用激光或粒子束的惯性约束技术来创造这种模拟试验条件,直到80年代初仍处于研究阶段)。因此,能否达到设计要求,还必须通过核装置本身的爆炸试验进行检验。当然,核试验所起的作用并不限于此。正是由于核试验在核武器研制中起着关键作用,美、苏两国为限制其他国家研制核武器,于1963年签订了一个并不禁止进行地下核试验的《禁止在大气层、外层空间和水下进行核武器试验条约》,1974年又签订了一个仍然适合它们需要的限制地下核试验当量的条约。

作为武器的原子弹和氢弹终究是要被消灭的。但是作为放出巨大能量的核爆炸,却在和平建设中有着吸引入的应用前景。由于核爆炸释放出的能量特别巨大,所以它能使许多用其它方法不可能完成的工作得以完成。核爆炸可以用来开山、辟路、挖掘运河、建造人工港口等。例如,有一个方案,只需四次核爆炸就可开凿一个能停泊万吨巨轮的海港。首先,进行一次百万吨梯恩梯当量级的核爆炸,就可炸出一个直径300多米、深30多米的大坑。然后进行三次规模较小的核爆炸,开出一条运河来把大坑和深海连接起来(这样的爆炸当然应尽量减少放射性物质的产生)。只要经过几个月的时间,当海潮把产生的少许放射性物质冲走后,这个海港就可安全使用了。

又如,许多地区有大量石油沥青沙层和油页岩,靠钻井并不能开采这种石油,但是核爆炸的高温高压能迫使这种石油流动,因而可以把它开采出来。据称,单把美国西部一个区域内的油页岩中的石油取出来,就可供全世界使用很长一段时间。

至于利用地下核爆炸的高温高压,将石墨变成金刚石,利用地下核爆炸的强大中子流生产超铀元素,则已开始实践了。

核爆炸还可以改造沙漠,使沙漠变成良田。很多干旱的沙漠地带其实也有一些雨水,但是这些雨水多半从地面流进地下河流、流入海中,剩下的一点则很快蒸发淖了,因此地面上没有一点水分,沙漠成了不毛之地。核爆炸可以造成巨大的积水层“地下水库”。雨季时,雨水储在积水层中,然后慢慢地透过多孔的泥土湿润地表,使之适合于植物的生长。

和平利用核爆炸的前景确实是令人神往的。历史将雄辩地证明:人民将彻底埋葬超级大国的原子弹;几代科学家的辛勤劳动成果,必将完全用来造福于人类。

1964年10月16日,中国第一颗原子弹爆炸。根据解密的资料,为了这颗原子弹的爆炸,中国一共花费了28亿人民币。结合早前公布的模糊资料,中国在到80年代初为止的整个核计划上 (第一代核武器的发展研制与工业体系建设),投资相当于一个宝钢规模的钢铁厂据此估计是300亿人民币。

1955年1月15日,中国启动代号为02的核武器研制计划。如果以此计算,十年间平均每年的原子弹发展费用是2.8亿。如果是596工程,即中国首颗原子弹研制工程,并以1959年作为计算起点,每年的费用是4.7亿。如果极端计算,从1962年正式启动第一颗原子弹试验计划开始,三年间平均每年费用是9.3亿元。

提供一些比较数据:

一、三年朝鲜战争总费用62亿元人民币,其中苏联提供的装备费用是人民币 30亿。(《剑桥中华人民共和国史19491965》的资料是100亿美元,错得离谱)

二、1959年国家预算中,国防费58亿元;债务支出11亿元;对外援助支出6亿元;其它支出2.7亿元。

三、大跃进较普遍的估计损失为1200亿。

四、偿还苏联债务总额是59亿元,每年10亿元。

五、1956年,周恩来宣布无偿赠送越南8亿元人民币。

六、中国免除了朝鲜战争中对朝鲜援助的14.5亿卢布 (折算)债务,1954年1957年援助16亿卢布。

中国的核计划在1958年全面展开,到了1962年,经过是否下马的讨论以后,转入决战阶段。中国的原子能工业建设目标是小而全,根据资料,从铀勘探到制造出第一颗原子弹,按1957年的价格计算,约107亿元人民币,按1981年的价格计算,约128.6亿元人民币。

毛泽东对来访的蒙哥马利元帅说过:“我们用很少的一点钱搞试验。我们没有雄厚的经济基础。 ”这句话的含义应该是核试验的费用很少,核工业建设应该不属于核试验范畴以内。根据以上资料综合估算,中国爆炸第一颗原子弹直接耗资28亿;建设核工业体系与配套开支(如铀开采等)在数十亿人民币,最多达到80亿的规模;除此以外,包括核武装等其它开支,如核潜艇、导弹核武器开发等,总额是建设一个宝钢的代价。这是一个虽然沉重、却是可以承受的代价,而不是真的“当掉裤子”了。

最大的估计是:为了核计划,中国在十年间等于又打了两场朝鲜战争,然而却不再有数十万生命的牺牲,并让中华民族永免外敌的大规模侵略!

由于核武器投射工具准确性的提高,自60年代以来,核武器的发展,首先是核战斗部的重量、尺寸大幅度减小但仍保持一定的威力,也就是比威力(威力与重量的比值)有了显著提高。例如,美国在长崎投下的原子弹,重量约4.5吨,威力约2万吨;70年代后期,装备部队的“三叉戟”Ⅰ潜地导弹,总重量约1.32吨,共8个分导式子弹头,每个子弹头威力为10万吨,其比威力同长崎投下的原子弹相比,提高135倍左右。威力更大的热核武器,比威力提高的幅度还更大些。这一方面的发展或许已接近客观实际所容许的极限。

自70年代以来,核武器系统的发展更着重于提高武器的生存能力和命中精度,如美国的“和平卫士/MX” 洲际导弹、“侏儒”小型洲际导弹、“三叉戟”Ⅱ潜地导弹,苏联的SS-24、SS-25洲际导弹,都在这些方面有较大的改进和提高。核战斗部及其引爆控制安全保险分系统的可靠性,以及适应各种使用与作战环境的能力,也有所改进和提高。美、苏两国还研制了适于战场使用的各种核武器,如可变当量的核战斗部,多种运载工具通用的核战斗部,甚至设想研制当量只有几吨的微型核武器。特别是在核战争环境中如何提高核武器的抗核加固能力,以防止敌方的破坏,更受到普遍重视。此外,由于核武器的大量生产和部署,其安全性也引起了有关各国的关注(见核武器安全)。

核武器的另一发展动向,是通过设计调整其性能,按照不同的需要,增强或削弱其中的某些杀伤破坏因素。“增强辐射武器”与“减少剩余放射性武器”都属于这一类。前一种将高能中子辐射所占份额尽可能增大,使之成为主要杀伤破坏因素,通常称之为中子弹;后一种将剩余放射性减到最小,突出冲击波光辐射的作用,但这类武器仍属于热核武器范畴。至于60年代初曾引起广泛议论的所谓“纯聚变武器”,20多年来虽然做了不少研究工作,例如大功率激光引燃聚变反应的研究,80年代也仍在继续进行,但还看不出制成这种武器的现实可能性。

核武器的实战应用,虽仍限于它问世时的两颗原子弹,但由于40年来核武器本身的发展,以及与它有关的多种投射或运载工具的发展与应用,特别是通过上千次核试验所积累的知识,人们对其特有的杀伤破坏作用已有较深的认识(见核武器杀伤破坏效应),并探讨实战应用的可能方式。美、苏两国都制订并多次修改了强调核武器重要作用的种种战略。

有矛必有盾。在不断改进和提高进攻性战略核武器性能的同时,美、苏两国也一直在寻求能有效地防御核袭击的手段和技术。除提高核武器系统的抗核加固能力,采取广泛构筑地下室掩体和民防工程等以减少损失的措施外,对于更有效的侦察、跟踪、识别、拦截对方核导弹的防御技术开发研究工作也从未停止过。60年代,美、苏两国曾部署以核反核的反导弹系统。1972年 5月,美、苏两国签订了《限制反弹道导弹系统条约》。不久,美国停止“卫兵”反导弹系统的部署。1984年初,美国宣称已制订了一项包括核激发定向能武器、高能激光、中性粒子束、非核拦截弹、电磁炮等多层拦截手段的“战略防御倡议”。尽管对这种防御系统的有效性还存在着争议,但是可以肯定,美、苏对核优势的争夺仍将持续下去。

由于核武器具有巨大的破坏力和独特的作用,与其说它可能会改变未来全球性战争的进程,不如说它对现实国际政治斗争已经和正在不断地产生影响。70年代末,美国宣布研制成功中子弹,它最适于战场使用,理应属于战术核武器范畴,但却受到几乎是世界范围的强烈反对。从这一事例也可以看出,核武器所涉及的斗争的复杂性。

中国政府在爆炸第一颗原子弹时即发表声明:中国发展核武器,并不是由于相信核武器的万能,要使用核武器。恰恰相反,中国发展核武器,是被迫而为的,是为了防御,为了打破核大国的核垄断、核讹诈,为了防止核战争,消灭核武器。此后,中国政府又多次郑重宣布:在任何时候、任何情况下,中国都不会首先使用核武器,并就如何防止核战争问题一再提出了建议。中国的这些主张已逐渐得到越来越多的国家和人民的赞同和支持。

原子武器的爆炸方式有空中、地面(水面)和地下(水下)爆炸。原子武器爆炸时,能产生多种杀伤破坏作用。当原子弹爆炸时,切忌看火球,应立即利用就近的工事和有利地形、地物进行隐蔽。在开阔地面上的人员,要立即背向爆心卧倒。卧倒时收腹,双手垫胸下,闭眼张口,脸贴于两臂间。遇热空气时暂时憋气。未来得及离开房间的人员,应避开窗口、火炉等,卧倒在靠爆炸方向的墙根处、桌下或床下。

冲击波的防护:冲击波通过凹凸地区以后,冲击力量明显减弱,所以在战壕内、土坑内、土丘后、坚固的矮墙后等亦能起一定防护作用。进入人防工事和坑道内能有效的防护冲击波伤害。

早期核辐射的防护:早期核辐射作用时间持 续几秒至十几秒,因此发现闪光后,立即进入掩体或工事,可以减少核辐射的照射剂量。光辐射作用时间很短,其热能只能被物体表面吸收,对地下工事不产生破坏作用。

放射性沾染的防护:沾染区的地面剂量率随着时间的增加而不断下降。即爆后时间增加至七倍时,地面剂量率约下降到爆后一小时的十分之一,爆后四十九小时约下降到爆后一小时的百分之一。所以应尽量推迟进入沾染区。爆炸后,专业人员迅速进入爆区,对居民聚居区、主要道路和重要目标,进行辐射侦察,查明沾染情况和程度,并插上标志,暂时禁止通行。

毛泽东确立积极防御战略1956年初至1967年1月,早在50年代中期,党中央和毛泽东主席就作出了要研制原子弹的决策。根据当时的国际形势,毛泽东主席确立了积极防御的战略方针。毛主席决定,为了防御,中国也要搞原子弹。我们不首先进攻别人,但不是消极防御,而是积极防御。这就是说, 如果有人进攻我们,我们要有办法对付他。这是毛主席一贯的战略思想。别人如果用原子弹轰炸我们,我们也要有办法回击他。所以,中央决定我们也要研制原子弹。

总的方针是自力更生为主,争取外援为辅。要靠自己研制,同时,要争取外援 。那个时候西方国家封锁我们,中苏关系比较好,我们想争取苏联给我们一些援助。但是,有一条界线,只是争取援助,而不是搞合作、不搞共有。也就是说,搞原子弹的科研单位、工厂、各种设备与技术都是中国自己的。你来援助我可以,我欢迎你、感谢你,但是,你不能与我共同拥有,共同使用。这是维护国家主权的大问题。所以,提出自力更生为主,争取外援为辅,你不要和我一起来共同管这个单位,管这个事情。这就是中央当时搞原子弹的方针,是毛主席高瞻远瞩确立的积极防御的战略方针。

中央决定以自力更生为主研制原子弹。后来又决定自力更生为主研制导弹和自行研制人造卫星,统称“两弹一星”。原子弹和氢弹是二机部负责,导弹是国防部五院(后来的七机部)负责。毛主席对原子弹研制有一个批示:“要大力协同做好这件工作。”中国科学院就是按照中央确定的“大力协同”和“三家拧成一股绳”的精神,主要承担原子弹和导弹研制中一系列关键性的科学和技术任务,包括理论分析、科学试验、方案设计、研制以至批量制造所需的各种特殊新型材料、元件、仪器、设备等。至于人造卫星,则从构思到建议,都是由中国科学院提出,先后两次上马(1958年、1965年)。由以周恩来总理为主任、罗瑞卿为秘书长具体领导这项工作的中央专门委员会批准后,在国防科委的统一组织下,由中国科学院负责整个系统的技术抓总,并负责研制卫星本体,七机部负责运载工具,科学院和四机部共同负责地面测控系统。

科学院对党中央下达的“两弹一星”任务非常重视,并由裴丽生副院长具体抓“两弹一星”研究工作的安排落实。为了便于工作,在每一个研究所都安排几个拔尖的中年科学家作学术秘书,通过他们了解情况,听取意见,再找其他科学家谈工作。中国科学院为了落实“两弹一星”的研制任务,把管理机构分为两个口:一个是计划局,管不承担国防任务的单位;一个是新技术局,管承担国防任务的单位。

新技术局管的单位虽然不及计划局多,但是,它管的所都是大所,参加“两弹一星”研制任务的科学研究人员占全院科研人员的三分之二。谷羽是新技术局局长,宋政是副局长,陆绶观是处长,帮助谷羽工作。谷羽是胡乔木同志的夫人,乔木是毛主席的政治秘书,住中南海。谷羽很热心、活跃、能干。她对国家计委和中央各部比较熟悉,去谈工作,互相支援、协作,很方便。有时候毛主席向她问起科学院与“两弹一星”的有关情况,还可以向毛主席当面反映。

新技术局除了项目所需的经费、器材优先得到保证以外,还有很多非标准设备可以安排到各产业部门协助加工制造。研究室、实验基地用的非标准设备,由科学院研究所设计,由各有关产业部门按时制成,保证质量,按时交付使用。由国防科委统一管这方面的工作,派军代表驻厂监督,提出设计的研究所也可以派员驻厂监督。

自力更生为主,就是主要靠中国自己的力量开展科研。当时研究核科学与核技术的力量主要集中在中国科学院原子能研究所,还有一些分散在中国科学院的20多个研究所和其他部门的研究机构与大专院校。争取外援为辅,主要是苏联答应帮助我们在北京某地建一个7000千瓦的实验性原子能反应堆。这个反应堆全部归中国科学院管。此外,在另一个地方建一个浓缩铀工厂,造原子弹的关键原料是浓缩铀。

制造原子弹的原料是铀-235。毛主席找到地质学家李四光,他当时是地质部部长,也是中国科学院副院长。毛主席问:“中国有没有造原子弹用的铀矿石? ”李四光说:“有!但是,一般的天然铀矿石,能作为原子弹原料的成分只含千分之几。”要从矿石里把这千分之几的铀提出来,再浓缩成为原子弹的原料,最重要的是要搞浓缩铀工厂。

为了搞原子弹,中央专门成立了二机部,宋任穷任部长。他比我大四、五岁,我叫他宋大哥。我们在安徽一起工作过几个月,那是在百万大军过长江的时候,中央决定成立安徽省委,他当省委书记兼省政府主席,我当省政府副主席。

我到科学院工作后的一天,宋大哥打电话说要到我家拜访我。我说:“你不要来,我去,你是大哥呀。”他说:“不行。我一定去你那儿!”因为搞原子弹,自力更生为主,主要靠科学院原子能研究所,为了工作的方便,中央决定把这个所整建制交给二机部,但是对外还叫中国科学院原子能研究所,名义上由科学院和二机部双重领导。由于研制原子弹的任务繁重,科研力量不够,于是对任务作了分解,除了原子能所承担较大一块任务外,很多重要任务还要由科学院的各研究所来承担。当然,二机部也找中央各部来承担一些任务。不过,那时中央各部的研究机构刚刚建立不久,科技力量不强,有的能承担,有的承担不了,任务还是落在科学院肩上。原子能所整建制转到二机部后,骨干力量还不够,还要科学院支持,我们又从其他所调给他们一批科技骨干。

科学院原子能所1956年建在中关村,是当时中关村建筑最好的楼。原子能所交给二机部以后,由苏联援助建实验性原子能反应堆。原子能所分为两部分,大部分人迁到实验性原子能反应堆那里。当时科学院搞原子能的有两个姓杨的科学家:一个杨承宗,从法国留学回来的;一个杨澄中,从英国留学回来的。他俩的名字有些音同字不同。为了区别,我们叫他们“法杨”、“英杨”。“法杨”是搞放射化学的,当时放射化学很关键。我们最重要的措施是把杨承宗等一批科学家调到原子能所原子能反应堆那里去(“英杨”杨澄中留在科学院兰州近代物理所负责配合原子能所工作)。原子能所的另外一部分人留在中关村搞理论工作。原子能所交给二机部后,我给他们打招呼说,以后科学院开会你们就不要来了,你们到二机部开会去。他们党委书记、所长却每次都要参加科学院的会,因为我们当时研究科学政策、科学家政策、知识分子政策问题很多,他们非常愿意听,一定要参加我们的会。当时,科学院很有吸引力。还有从大学调去的化学家汪德熙也到了二机部。

搞原子弹,最重要的问题是浓缩铀的提炼问题,矿石里能提出的天然铀,同位素235含量只有千分之几。此外铀的提炼也很重要。所以,化学方面的科研任务很重。当时科学院有四个最知名的化学研究所都有优秀科学家担任所长,号称“四大家族”:一个是上海有机所庄长恭老先生;一个是长春应化所的吴学周先生;还有北京化学所的柳大纲先生。此外,大连化学物理所也是非常强的,那里有张大煜先生。我对三强说,科学院几个化学所承担你的任务, 哪个所能够承担什么任务你都清楚,让哪个所承担什么任务你提出来,我们安排,都选最好的人为你做工作。

当时上海有机所只有研究力量没有生产力量,不能够提供产品。我到科学院以后,让各所建立小工厂,上海市委还送给我们若干小厂,给研究所当实验工厂。而且,还选最好的老师傅。我从铁道部吕正操部长那里请来了许多老工人,很不错。我说你铁道部有几千人的机车车辆厂,选一批最好的工人老师傅,来支援科学院吧,我们各个研究所里也搞附属工厂。我们需要的仪器设备不自己搞不行。要建立研究室,要研制设备。有的买得到,有的买不到,要自己做。另外,还有很多非标准设备,科研人员设计图纸,让工厂做才行。所以,我们从铁道部选了不少老师傅。我在北京中关村专门召开老工人会,我说你们是金手艺,手是金的,能做出好多好东西!老工人听了非常高兴。另外,从部队技术兵种的复员兵中,挑选了数千名有技术的战士当工人,他们起了很大作用。

1960年,苏联单方面撕毁协议撤退专家。当时受影响最大的是浓缩铀厂,关键材料苏联不给了,整个厂就停顿了。最紧迫的关键技术问题有三个:

此外,原子弹爆炸试验数据的采集,科学院也做了很多工作。那个试验主要是在空旷无人的地方进行,可以试验它的破坏力,针对各种建筑物、各种生物,包括铁笼子里面的猴子、兔子等等。因为原子弹有放射性,看它们受放射性的危害程度有多大。中国科学院有好多所,都派人到基地参加试验了。

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