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中子弹是以高能中子为主要杀伤因素，把冲击波和光辐射的效应降得很低的一种特种效应武器。也称增强辐射弹。它的爆炸威力不大，一般1000吨TNT当量。对于集群和装甲目标，中子弹是一种战术上很有效的武器。它可对敌方人员造成重大伤亡，但对建筑、装甲等硬目标没有什么毁伤作用。中子弹又称“干净”氢弹，产生的剩余辐射很少，没有什么放射性沾染，使用后己方部队可以顺利通过杀伤区。 制造中子弹，主要是增加核反应释放的中子，同时使核反应释放的中子尽量多地穿出弹壳。主要途径是增加聚变，减少裂变，选用更合适的材料。有一种金属铍对制造中子弹很有用。铍有6种同位素，从铍-6到铍-11。其中只有铍-9是非放射性的，它占天然铍的100%。其他5种同位素均为人工制造。铍在裂变武器中有两种用途：一是做成镭铍中子源或钋铍中子源，放在原子弹的弹芯作裂变点火器；二是包在核材料的外面作为中子反射层。因为铍的热中子吸收截面很小，核反应放出的中子经过碰撞慢化，穿出核材料碰着铍时，就被反弹回核材料中，继续参加裂变反应，利于烧掉更多裂变材料而增加威力。铍在聚变武器中也有两种用途：一是铍在受到聚变放出的高能中子轰击时，自身会释放出两个高能中子
这是氢弹爆炸中增大中子注量的简便方法；二是当铍和氘作用时，还可以用来造氚
而氘氚反应是氢弹的主要反应道。一公斤氘氚完全燃烧所释放的中子数，大约是一公斤裂变材料完全裂变所释放中子数的30倍，这是制造中子弹的基础。 我们知道，一次裂变放出200兆电子伏能量和2个中子。这些能量大部分都变成裂变碎片的动能，每个中子带走的能量很少，平均2兆电子伏。而氘氚聚变反应，一次放出17.6兆电子伏能量，放出1个中子。反应后生成核所占的动能只有3.5兆电子伏，中子带走了14.1兆电子伏的能量。从这里可以看出，如果氘氚聚变释放100兆电子伏能量，会放出6个中子，而裂变释放100兆电子伏能量平均只有1个中子。就是说释放能量相等时，聚变反应放出的中子数是裂变反应放出中子数的6倍，而且每个中子的能量平均要高7倍。可见中子弹瞬发辐射能量比裂变弹大大增加。图4.8是千吨当量中子弹（裂变、聚变各占一半）与千吨当量裂变弹能量分配比较。中子弹瞬发辐射能量已达到30%，冲击波与光辐射的能量减少了。
图4.8 中子弹与裂变弹能量分配比较 美国劳仑斯利物摩尔研究所1959年开始研究中子弹，62年进行试验，63年取得成功。1977年卡特政府批准生产中子弹。 反映核武器设计水平的参数很多，主要有临界质量、比威力、小型化和聚变裂变比。设计中子弹可以综合反映这些水平。 中子弹是聚变裂变比很高的氢弹，现有核武器技术聚变裂变比可达到90以上。中子弹可以作得很小，当炮弹用；中子弹的辐射效能很高，相当于10倍威力的裂变弹。 美国物理学家柯恩提供的资料称，在150米高空爆炸时，中子弹的杀伤半径为相同威力裂变弹的两倍，杀伤面积为4倍；辐射杀伤作用与威力大10倍的裂变弹相当。表4.1列出这两种弹杀伤效应的半径。半径值是从爆心投影点到剂量或超压值的距离。 表4.1 中子弹与裂变弹杀伤半径比较
据美国资料，吸收剂量80戈瑞使人员永久丧失战斗力，6.5戈瑞使人员两小时内生理功能受到损伤， 0.3公斤/厘米2的超压，将使城市建筑造成中等程度的破坏。美国已为“长矛”导弹装备了中子弹头，并生产了203毫米榴弹炮中子炮弹和155毫米榴弹炮中子炮弹。俄国、法国、中国都试验过中子弹。中子弹的设计是在掌握氢弹原理和关键技术的基础上，尽可能地减少裂变材料和尽可能地使聚变产生的高能中子易于穿出弹壳。为此，需要在以下三个方面下功夫：
如果按核武器的技术进步对核武器进行分代，则第一代核武器是原子弹，第二代核武器是氢弹，第三代核武器是特殊性能的氢弹。特殊性能的氢弹是指为特定的要求，设计一种增强某一方面毁伤效应的武器。中子弹属于第三代核武器，它是特地增强氢弹瞬发辐射的核武器。此外还有增强X射线弹，增强冲击波弹，核电磁脉冲弹，核钻地弹以及定向能核武器等等。定向能核武器是要求核武器释放的能量定向发射。如用核爆炸作泵浦，形成定向发射的X光激光；用核裂变产生的中子激励同位素原子核，使其产生定向发射的g 射线激光，等等。 增强X射线弹可用于反导防卫系统。用一个百万吨级TNT当量的氢弹，在100公里以上高空爆炸，由于空气稀薄，核爆炸能量被周围物质带走的很少，70%的能量都是由X射线带走了。强大的X射线流，可以穿透来袭导弹的壳体，对其内部的电子器件、电路等产生辐照效应，使之失灵。设计一种特别增强X射线的武器，即使在50~70公里的高空爆炸，X射线仍是非常重要的杀伤破坏因素。 增强冲击波弹是以冲击波毁伤为主的特殊氢弹。其显著特点是降低了剩余放射性，也称减少剩余放射性弹。美国1980年研制成功，宣称这种武器的放射性沉降不到同威力裂变弹的十分之一，而且光辐射效应也显著减少。设计增强冲击波，要害是增大能量输出，多用聚变少用裂变，把氢弹设计得尽可能“干净”。在大气中爆炸，形成空气冲击波，提高力学破坏效果。由于放射性沉降少，爆炸后己方人员可以顺利通过，因而适合战场使用。 核电磁脉冲弹是一种利用在大气层以上爆炸，使之产生大量定向或不定向的强电磁脉冲，以毁坏敌方的通讯系统，简称EMP弹。图4.9是核爆形成的电磁脉冲杀伤示意图。 高空核爆炸释放的g 射线射入大气层，与大气中原子发生康普顿散射，形成康普顿电流。康普顿电子在地磁场中发生偏转，从而产生强电磁辐射。 对核电磁脉冲弹的设计要求：
图4.9 高空核爆炸的电磁波 1枚百万吨级氢弹在400公里高空爆炸，则在地球上空覆盖半径为2200公里范围内的最大场强可达104~105伏/米，但主频范围为104~108赫兹。1962年7月，美国在约翰斯顿岛上空400公里，进行代号为“海盘车”的高空核试验，威力140万吨TNT当量。这次试验曾使离该岛1400公里的檀香山地区街灯同时熄灭，几百台防盗报警器报警，高压线和避雷装置均被烧毁，引起了美国军方和国会高度重视。 核钻地弹是一种能钻入地下一定深度后爆炸的低当量核弹头。主要用它产生的地震冲击波和成坑作用，来破坏敌方的导弹发射井和地下指挥所等军事目标。它的摧毁作用取决于爆炸威力、钻地深度、地质条件等因素。它对地下目标的摧毁作用比地面和空中爆炸更为有效，形成的放射性污染范围小。设计核钻地弹要有坚硬的外壳，以保护在高速触地及钻地过程中核弹不受破坏，同时还要求能按特定指令正常工作，在达到预定深度及时爆炸。美国还在积极研制核钻冰弹，用来攻击深水层或大冰块下的潜艇。 核爆产生的高温辐射，经过波谱变换成为理想的泵浦源，可以用作定向能武器。把激光棒作成细丝形状，安放在核装置周围，核爆后吸收足够的辐射能量变成等离子体状态。此时处于高激发态的离子数大于低激发态的离子数，当离子从高激发态回到低激发态时就放出光子，增益大到一定程度时，沿细丝方向发射出X射线激光。核泵浦X光激光武器就是利用这个原理来实现。X射线激光波长短，亮度高，脉冲窄，方向性强，能在特定方向上增强核爆X射线的剂量。关于核泵浦X光激光研究，美国八十年代利用小型核装置作过演示实验，测到了波长为1.4纳米、功率1014瓦、纳秒脉宽的X射线激光。 还有一种g 射线激光器。它是用裂变中子激励同位素形成同质异能核，使其产生g 射线的激光器。60~70年代，苏联科学家提出过方案。70年代我国科学家王淦昌也曾探索和寻找获得同质异能素的途径。希望找到合适的同质异能素镶坎在晶体结构物质中，并且要确保受激发射的g光子的单色性和方向性。 从七十年代中期开始研制中子弹，标志着进入第三代核武器的发展阶段。第三代核武器根据理解就是核武器的毁伤效应经过剪裁、增强或将其转换成定向能使用。有的已经研究成功了，有的还没实现。无论是一代核武器二代核武器，都是大规模毁灭性的武器，全社会都要求禁止使用。1996年世界上签订了“全面禁止核试验条约”，第三代核武器的研究，受到了限制和影响。 本文摘自《揭开核武器神秘面纱》 经福谦 陈俊祥 华欣生著 清华大学出版社 暨南大学出版社 出版时间：2002年7月 |
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