三相彈

三相彈也稱“氫鈾彈”。以天然鈾作外殼，其放能過程為裂變-聚變-裂變三階段的氫彈。在熱核裝料外包上一層鈾238外殼，聚變反應時，產生的高能中子使外殼的鈾238起裂變反應，釋放出更多的能量。爆炸威力十分巨大。詞條詳細介紹了三相彈的概念、優點、威力、理論研究等。

基本介紹

• 中文名：三相熱核炸彈
• 外文名：Tri-phase Thermonuclear Bomb
• 類別：大規模毀滅性武器
• 原理：核聚變與核裂變
• 核武種類：第二類核武器
• 別稱：氫鈾彈
• 套用：戰略核威懾
• 領域：核能
• 學科：核物理

概念

眾所周知，普通氫彈是在核子彈的基礎上，外面包一層熱核材料（氘、氚），由裂變反應放出熱量導致聚變反應，進而釋放出更多的能量。因為它是通過重核裂變觸發輕核聚變，所以，在物理學上又將氫彈稱為雙相彈。三相彈是在普通氫彈外再包一層貧鈾(鈾238)材料。鈾238這種用於坦克裝甲和穿甲彈的廉價材料雖然平時很安分，但當氫彈發生核聚變時會產生大量高能中子，鈾238的鈾核會引起裂變，產生出能量和裂變中子，前者增強了殺傷威力，而後者反過來衝擊氫彈中的鋰-6材料，製造出新的氚，加劇新一輪的熱核聚變，接下來的良性循環不用再多說了。可見其原理是核裂變-核聚變-核裂變三個過程，所以叫三相彈。它使普通二相彈的威力得到了成倍提高。

三相彈也稱氫鈾彈，爆炸時先由中心的鈾235或鈽239裂變產生超高溫，在這條件下氘(dao，符號D)和氚(chuan，符號T)【均為氫的同位素】進行熱核反應，如同氫彈一樣釋放出巨大能量，產生大量快速衝擊中子，其速度超出每秒五萬千米，能量很大，在這樣高速的中子流的持續轟擊下，外層的鈾-238這種平時不易裂變的原子也發生裂變，釋放巨大的能量，從而獲得氫彈和核子彈的雙重爆炸威力。同時，這種爆炸產生的鈾-238碎片很多，於地面形成的放射性污染也很嚴重，從殺傷力的角度來說更加威懾。

大當量三相彈爆炸效果

打個通俗的比方，有個叫核子彈的傢伙穿上件熱核材料做的馬甲就成了氫彈，後來又在外面套上件貧鈾材料（鈾238）做的防彈馬甲就改叫三相彈了。

前面說了，三相彈就是一種氫彈。印象中，世界上大多數氫彈，特別是用於戰略核武器的大當量氫彈，都應該是三相彈。雖然沒看到中國官方宣稱進行過三相彈試爆。

三相彈的製作不難，中國沒有它反而是不可思議的。三相彈是為增大威力而產生的，三相彈威力中差不多一半是來自裂變，所以造成的放射性沾染嚴重，但並非通常意義上的髒彈。

理論研究

理論基礎

根據愛因斯坦相對論質能公式可以算出，聚變中每個氘核放出7.2百萬電子伏特的能量。氘核中有2個核子，平均每個核子放出3.6百萬電子伏特的能量。而一個鈾核（鈾235）裂變時放出的能量大約為200百萬電子伏特，但鈾核中共有235個核子，平均每個核子放出0.85百萬電子伏特的能量。這就是說，單位質量的氘聚變所放出的能量是單位質量鈾裂變所放出能量的4倍，聚變比裂變可以提供更多的能量。因此，三相彈的威力比核子彈更大。1952年11月1日美國試驗的第一顆三相彈就是利用氘氚聚變反應製成的，其爆炸力相當於1千萬噸TNT炸藥。這顆三相彈的威力雖比投在廣島的那顆核子彈大700倍，但它並不構成軍事威脅，無實戰價值，因為它的體積比載重汽車還大，重達65噸，根本無法用飛機或飛彈運載。這顆三相彈如此龐大的主要原因是：為了在極短的時間（百萬分之幾秒）內有足夠多的輕核燃料參加聚變反應，必須增大物質的密度，即增大原子核相互碰撞的機會、縮小原子核之間的距離。為此要把氘氚變成攝氏零下二百多度的液體，因而裝置了笨重的冷藏設備。

反應原理

輕核聚變放出的能量比重核裂變多，但是輕核聚變的條件是相當苛刻的。因為原子核都帶正電，它們之間總有電性排斥力存在。為了使它們克服這種排斥力而結合起來，必須使它們以極高的速度運動、相互碰撞。提高原子核運動速度的最簡單方法就是把核聚變材料的溫度升到足夠高。據計算，若使聚變反應時氘核的平均速度為每秒300公里，所需的溫度至少在1千萬度以上。因此氫核聚變也稱熱核反應。熱核反應所要求的這種超高溫在自然界中只存在於太陽之類的恆星內部，在氫彈中必須人為地製造這種超高溫條件。為此，人們利用核裂變產生的熱量來提高溫度。

普通氫彈爆炸圖

例如，第一顆三相彈就是首先使雷管引爆普通炸藥，將分開著的核裝藥（鈾或鈽）迅速壓攏而產生裂變反應，裂變反應產生了超高溫，使氘和氚的核外電子被剝離，成為一團內裸原子核和自由電子組成的氣體。氘核和氚核以每秒幾百公里的速度互相碰撞，劇烈地進行合成氦核的反應，放出大量的能量，完成三相彈的爆炸過程。用固體氘化鋰作為熱核材料的氫彈也是首先引爆核子彈，使重核裂變產生核聚變所需的超高溫，並生成大量的中子以轟擊鋰。

技術改進

對三相彈的研究改進主要在3個方面：

①提高比威力和使之小型化。

②提高突防能力、生存能力和安全性能。

③研製各種特殊性能的三相彈。

三相彈的運載工具一般是飛彈或飛機。為使武器系統具有良好的作戰性能，要求三相彈自身的體積小、重量輕、威力大。因此，比威力的大小是三相彈技術水平高低的重要標誌。當基本結構相同時，三相彈的比威力隨其重量的增加而增加。

20世紀60年代中期，大型三相彈的比威力已達到了很高的水平。小型三相彈則經過了60年代和70年代的發展，比威力也有較大幅度的提高。但一般認為，無論是大型三相彈還是小型三相彈，它們的比威力似乎都已接近極限。在實戰條件下，三相彈必須在核戰爭環境中具有生存能力和突防能力。因此，對三相彈進行抗核加固是一個重要的研究課題。此外，還必須採取措施，確保三相彈在貯存、運輸和使用過程中的安全。　把輕核聚變釋放的巨大能量真正用於軍事領域。這既是軍事家們的需要，也為物理學家們提供了研究課題。經過人們的努力探求，終於用固態的氘化鋰取代液態的氘和氚作熱核裝料。氘化鋰是氘和鋰的化合物。鋰核受中子轟擊進行核反應生成氚和氦：生成的氚又與氘化鋰中的氘起聚變反應放出巨大能量該反應生成的中子又與鋰核反應生成氚。以上兩個反應互相結合，反應所消耗的氚從鋰核的分裂反應中獲得，而鋰的分裂反應所需的中子可由氘氚反應提供。如此反覆循環，在極短時間內即引起爆炸。這種改進後的三相彈無需冷卻設備，因而體積小，重量輕、便於運輸、成本低。從此，氫彈有了實戰價值。

理論創新

從理論上講，熱核武器的威力是沒有限制的。因為熱核材料不受臨界質量的限制。從實際上講，熱核武器的威力可以做得相當大（幾十萬噸、幾百萬噸梯恩梯當量）、然而，威力越大的熱核武器造成的核污染也越嚴重，尤其是氫鈾彈。為此，人們作了改進，利用聚變反應製成了中子彈。

優點

高殺傷力

三相彈(tri-phasebomb)能量釋放過程經歷由裂變到聚變再到裂變3個階段，它在結構上的顯著特點是以天然鈾或濃縮鈾作熱核 燃料的外殼。當氫彈爆炸時，熱核聚變反應產生的大量中子(特別是高能中子)將進入殼體，引起鈾核裂變，釋放出能量和裂變中子，同時裂變中子也進入熱核區，與氫核發生核反應生成氦。因此，這種氫彈結構可為熱核燃燒創造更為良好的條件，加之鈾殼本身釋放的大量能量，使得氫彈的威力和比威力（即威力與重量的比值）成倍地提高。所以，高威力是三相彈的主要優點。三相彈的不足之處是裂變能量所占的份額大，因而放射性污染較嚴重。

製造成本較低廉

為了進一步擴大氫彈的威力、人們考慮到氘氚聚變反應時不僅放出巨大的能量，而且產生速度達每秒5萬公里的快速中子，不妨再利用這些快速中子轟擊鈾，使鈾核裂變。因此，人們在熱核材料外面加了一層鈾238製成的外殼，讓聚變反應中產生的快速中子轟擊鈾238的原子核，使其又發生裂變並放出大量能量，從而製成了威力更大的氫鈾彈。這種由裂變引起聚變，又發生裂變的氫鈾彈稱為三相彈。一般來說，三相彈的爆炸威力是裂變和聚變各占一半。由於不存在使鈾238發生自持鏈式反應的臨界狀態問題，所以鈾238做成的殼可以很厚，裂變放出的能量可占總能量的80%。採用這種結構的核武器，不僅威力大，而且鈾238是分離鈾235後的剩餘產物，成本低廉。

威力

三相彈具有巨大殺傷破壞威力，它在戰略上有很重要的作用。1954年2月28日，美國在馬紹爾群島的比基尼環礁上進行了一次威力約為1500萬噸TNT當量的三相彈試驗，由於是地面核爆炸，爆後在南太平洋7000平方海里(約24000平方千米)地區的上空籠罩著致命的放射性煙霧，使得236名馬紹爾群島居民，31名美國人，23名日本漁民受到意外的放射性傷害，其中還有1名日本漁民於當年9月死亡。同年美國試爆的另一枚氫彈，代號為MK一17，也是一枚三相彈，彈長7.47米，重21 103千克，威力約1 100萬噸TNT當量 。這兩次三相彈試驗引起了美國對研製“乾淨”氫彈(裂變份額很小的氫彈)的關注。通常，三相彈的裂變份額隨威力的增大而緩慢減小。當威力為幾百萬噸TNT當量或更高時，裂變份額大都在50%左右。或者會更多，以致毀掉一個小國家。

三相彈爆炸產生的蘑菇雲

受美國一系列核武器試驗的刺激，前蘇聯共產黨第一書記赫魯雪夫指示製造一顆更大的氫鈾彈來應對美國人的挑釁。在高層的直接領導和親自過問下，到1961年夏天，蘇聯的一顆1億噸當量的超級氫彈在“阿爾扎馬斯－16”絕密實驗室被製造出來了，但如何進行試爆，卻成了一個棘手的問題。因為要進行如此大當量的核試驗，很難找到合適的試驗場。過去，蘇聯的核武器主要是在新地島試驗場進行試驗，但是這個占地8．26萬平方公里的試驗場卻遠不能滿足這顆氫彈的試驗要求。從理論上估算，這顆超級氫彈在新地島爆炸後，其殺傷半徑約為1000公里。一個研製者們事先未考慮到的問題擺在了眼前：沒有一個地方能進行試爆！後來，經過反覆論證，才決定採取一種折衷的辦法：裝藥量減為一半，即為原1億噸當量的一半 5000萬噸。1961年10月30日，一顆直徑為2．5米、長約12米、尾部有一個降落傘裝置的超級氫彈被裝在一架圖－95戰略轟炸機上迅速向1．5萬米升限爬升，向著投放點飛去，並按計畫在4500米的空中引爆。這架圖－95投彈完畢後飛速逃離，當飛行了250公里後，突然一道白光閃過，隨之飛機被一股氣浪沖得上下劇烈顛簸，在飛機身後，一個閃著橙紅色光芒的蘑菇雲迅速膨脹並盤旋上升。在爆炸的中心地帶，厚3米、方圓15－20公里的冰層被汽化，修築在爆炸地進行試驗的工事消失得無影無蹤，坦克的炮塔被毀，其他物體也橫七豎八地躺在地上，已經看不出原來的模樣。那些被用來做實驗的動物，已根本找不到影子了。在距離爆炸點500公里範圍內的動物大多全身脫毛，然後痛苦地死去。真是慘不忍睹，駭人聽聞。這顆被稱為“赫魯雪夫炸彈” 的核彈之王使蘇聯人奪回了第一把核彈交椅。美國軍界一些人試圖用1億噸級的核彈遏制蘇聯的優勢。但此舉並未獲得多數人支持，因為片面追求戰略核武器的大威力意義並不大。

赫魯雪夫炸彈“大伊萬”

危害

造成輻射危害：

1、對空氣環境、水源、土壤造成輻射性污染；

2、對人的影響表現在核輻射，也叫做放射性物質，放射性物質可通過呼吸吸入，皮膚傷口及消化道吸收進入體內，引起內輻射，y輻射可穿透一定距離被機體吸收，使人員受到外照射傷害。身體接受的輻射量越多，致癌風險越大，罹患甲狀腺癌比例快速增加、白血病病例的增加數量、畸形嬰兒出生率會升高。