对核武器的思考

对核武器的思考2001年1月22～26日，当中国人民正沉浸在过年的喜悦中时，美国空军举行了“斯科里埃弗2001”太空战演习（美国已搞过不知多少次这种针对性的演习）。爆竹声中传来天际的雷响，爱好和平的中国人民有何感受？可曾擦擦眼睛再次看看自己所处的这个世界到底是个什么样的世界？在过去的半个多世纪，人类一直生活在核阴影之下，随着美俄核大国仍在改进完善核能力、发展装备第三代、第四代核武器，核俱乐部成员的不断扩大，新世纪人类仍被核阴影所笼罩。居安思危，我们时刻不能丧失国防意识和忧患意识。主要内容有：核武器的诞生、核武器的爆炸景像、核爆炸杀伤破坏效应、核武器的发展概况与发展趋势、核武器的作战能力核武器的出现及其在广岛、长崎的使用，以其使人类有史以来所有兵器都相形见绌的巨大杀伤破坏能力震动了全世界，引起了世界各国的广泛重视，引发了持续半个多世纪并将继续下去的核军备竞赛。制造核弹头的铀虽是天然存在，但是必须采用纯度约为93.5%的武器级铀，而作为和平利用的核电站无需如此高的纯度。从自然铀矿含量约占0.7%提纯到93.5%，之间需要经过大量极为复杂颇为耗费的过程，如分离技术、提纯技术，气体扩散厂的建设和运转等等。㈠核武器的诞生1905年，年仅26岁的阿尔伯特·爱因斯坦（1879～1955）发表了人类历史上最光辉的精神产品之一——狭义相对论的著名论文《论运动物体的电动力学》，提出了一个划时代的著名公式E=mc2（式中E：能量/焦耳；m：质量/千克；c：真空中的光速，3×108米/秒）。按照这个公式，即使静止的物体也有储备在质量中的巨大能量：据此计算，质量为1千克的物质约具有9×1016焦耳的能量。这就预示了利用原子核能的巨大潜力，为原子能的发现和利用奠定了理论依据。1946年美国一期《时代》周刊的封面刊登了一幅爱因斯坦面部画像，画的右方为核爆炸上升的蘑菇云，在蘑菇云团的顶部中央写的是公式E=mc2，意思很清楚：爱因斯坦把人类带入了原子时代。有了爱因斯坦的天才公式，决不等于有了原子裂变，更不等于有了原子弹。科学家们开始努力寻找打开核大门的钥匙。巨大的核能“锁”在原子核里，根据质量与能量的关系公式，要使核内能量释放出来，就必须使核的质量减小。科学家们根据中子的特性，用中子作为“炮弹”轰击原子核就会击出一部分质量引起核反应，并必须使这种反应连锁发生（即“链式”反应）。1938年意大利物理学家费米、德国科学家哈恩和施特劳斯分别用中子轰击重元素铀，产生的新的放射性物质钡，其质量为铀的1/2并放出了能量。费米在1939年2月15日的《理论评论》上发表实验报告，指出核裂变过程中会有中子放出，并使铀继续分裂直至铀元素分裂殆尽反应停止，同时释放巨大能量，其理论爆炸力是同等质量TNT炸药的2000万倍，且两次裂变之间的时间不到100万分之一秒，也就是巨大能量会在极短时间内释放出来。费米的推断很快被丹麦物理学家波尔及其合作者实验证实，并指出能引起这一反应最合适的元素是铀235。1939年4月，德国6名出色的原子物理学家被召集到柏林举行秘密会议，决定制造能控制利用铀的装置，很快德国下令禁止其所占领的捷克出口铀矿石。种种迹象表明，德国正在进行一项“铀计划”的工程。参加此项研究的科学家多半是深受纳粹迫害的犹太科学家（爱因斯坦就是犹太人）和反纳粹主义者。他们深知，如果纳粹德国首先将巨大的核能用于战争，后果不堪设想。1939年初，波尔从两位逃出纳粹统治的科学家那里证实德国正研制原子弹。出于对人类命运的关心，3月17日费米等人去华盛顿游说，遭军方白眼。7月，一些流落美国的科学家研究后一致认为，必须绕过官僚直接找美国总统，建议美国（当时也只有美国具备经济实力、研究设备、科学人才、安定环境）在纳粹德国之前制造出原子弹，并一致推举爱因斯坦。爱因斯坦接受了委托，首先在费米和齐拉德（匈牙利物理学家）的报告上签了名，又一起合写了两封信，一封长的，一封短的，爱因斯坦决定将那封长信交给美国总统，即那封具有历史意义的1939年8月2日爱因斯坦致美国总统罗斯福的信。1939年9月1日，纳粹德国进攻波兰，第二次世界大战爆发，与此同时，各国核裂变的研究进展迅速，战争和核能的利用一同降临人间。爱因斯坦那封信8月2日就交给了罗斯福总统的好友和科学顾问亚历山大·萨克斯博士，但一直未能有机会面呈总统。直到10月11日才有机会向总统宣读这封非同寻常的信，显然，此信未打动总统，疲劳的总统说：“亚历克，真抱歉，今天我太累了。这样吧，明天早晨你来白宫和我共进早餐，那时我们再谈吧。”肩负重大历史使命、夜不能寐的萨克斯冥思苦想了第二天的谈话内容。次日，他对总统说：“富兰克，我只想向您讲一段历史。”接着把当年拿破仑因未采纳富尔顿制造蒸气船的发明，终于未能横渡英吉利海峡征服英国，最后被英国的反法联盟击败的历史讲了一遍。然后注视着罗斯福说：“英国历史学家阿克顿认为，这是由于敌人——拿破仑缺乏远见卓识，英国才得以幸免。如果拿破仑采纳了富尔顿的建议，那么19世纪的历史也许会是另一个样子。”终于，总统在爱因斯坦的信上批复“此事需付诸行动”，下令开始研制原子弹。尽管10月12日美国总统下令开始研制原子弹，由于二次大战初期美国未参战，积极性、能动性不高，美国本土也未受到威胁，加之研制原子弹是一个十分复杂庞大的工程，所以进展不快。1941年11月，美国国家科学院审议了用铀235制造原子弹的可能性和可行性，使总统拥有了更充分和科学的决策依据。12月6日，在太平洋战争爆发前夕，美国成立了原子能开发厅，决定切实开始制造原子弹的基本计划，并追加了巨额拨款。1942年美国原子能开发厅向罗斯福总统提交报告说，5～10磅（1磅等于0.453千克）的“裂变物质”将肯定可以爆炸产生相当于2000吨TNT炸药的威力，并建议建造一座铀分离厂、一座气体扩散厂和一座电磁分离厂，以生产足够数量的铀235和其它核材料。报告最后指出，如果加快努力，1944年可研制出原子弹。罗斯福当即在报告上批示：原子弹的发展是时间而不是金钱，要在时间上予以推动。随后，美国扩大了研制规模。8月11日政府决定把制造原子弹相关的一切单位和工作联合起来，并于8月13日将其命名为“曼哈顿工程”。这又是一个具有重大历史意义的决策，是美国历史上的一项创举，形成了科学、军事、工业三位一体，统一协调领导、分工明确、组织严密、动作高效的现代“大科学”的范例。统一后的“曼哈顿工程”直属总统，任何人不得干预，甚至连副总统都不知道其全盘的计划，参加该工程的15万人中（最多时动用50多万人）仅有12人知道全盘工作计划。制造原子弹离不开反应堆，以研究核裂变规律。1942年12月2日，在芝加哥大学由费米领导建立了世界第一座原子反应堆铀-石墨反应堆。该装置长10米、宽9米、高5.6米；一层铀、一层石墨共57层；上面有洞，能插入镉的控制棒；装置总重1400吨，形状如堆。链式反应持续了28分钟，控制棒回到原位，实现了人类史上首次人工控制的核反应，为原子弹的制造提供了可靠基础。在试验时，科学家们表现了大无畏的献身精神，试验中时刻面临因裂变失控而爆炸的危险，一旦爆炸，后果不堪设想，整个芝加哥城会毁于一旦。两位年轻的核物理学家自告奋勇充当“敢死队员”，攀上高高的铁架，旁边放着几桶能大量消耗中子的镉溶液，居高临下监视着反应堆，一旦裂变失控且其它控制措施失灵时，就立即将这些溶液浇下去。1943～1944年间，铀同位素分离厂、气体扩散厂、钚生产反应堆等相继上马。1945年初，美国决定按武器化状态制造第一颗“枪法”原子弹，3月5日，按内爆法研制的被称为“胖子”和“大男孩”的原子弹进入全面研制阶段。7月初，“胖子”和“大男孩”、“小男孩”这三个“核魔”，人类历史上首批原子弹终于横空出世了。制成的原子弹十分昂贵，按当时成本每枚约值2500万美元。美国在新墨西哥州的“死亡的原野”——阿拉莫哥多沙漠，爆炸了第一颗原子弹“大男孩”。当爆炸产生的冲击波袭来时，费米教授将手中的一些碎纸片向地面撒去，在量过纸片被吹出的距离后（抛纸片处与爆心距离不详），很快便算出了这次爆炸的当量：相当于2万吨TNT。㈡核武器的爆炸景像W·劳伦斯在《人与原子》一书中描绘了当时的景像：这光亮仿佛是从地球深处出现的，人世间没有这样的光，它是众多的太阳聚合的光！这是一次震古烁今的日出，只见硕大无比的暗紫色太阳在1秒钟内升高了2500多米，而且继续上升，直至云层，那耀眼的光辉照亮了大地和天空。这个直径几乎有1.5千米的巨大火球在上升时改变着颜色，由暗紫转为橘黄，同时球体扩展、增大着——仿佛一种被束缚了亿万年的自然力被释放出来了……一朵庞大的云随着火球升离地面，开头像一根擎天巨柱，尔后奇妙地渐呈蘑菇状……在这短暂、却显得十分漫长的片刻，你听不到一点声音。随后，寂静中爆发出巨响……仿佛数千枚重型炸弹同时在一个地方炸开了，荒原上响彻了震耳欲聋的轰鸣…大地在脚下颤动，如临一场地震。印度古代史诗：“如果成千个太阳，在天空一起放光，人类就会灭亡，大地便要遭殃。”原子弹爆炸时，空中出现耀眼的浅蓝色闪光，闪光照亮周围几十到几百公里远的天空与地面。伴随着闪光，巨雷般的爆声向四周传播，紧接着爆心处出现一个棕红色的发光火球，由于其中心温度可高达几百万度甚至几千万度，从几十公里之外看去，其亮度比夏季中午太阳还要强几十倍。火球的压强极高，达上亿甚至几百亿个大气压。因此火球一出现就猛烈地向外膨胀，不断辐射各种射线。从爆心下方地面向上扬起的一团团尘土、碎石、瓦砾等，被一股上升的气流卷人空中，形成一个粗大的、不断伸长着的尘柱。几秒钟后，由于火球体积增大，温度降低，不再发光，变成一团灰白色和暗棕色的烟云，不停地翻滚着、上升着，与尘柱连成一体，形成蘑菇状的烟云。10分钟后，烟云可上升到10～20公里的高空，可在空中停留1小时之久，以后逐渐飘散，尘土降落，以至消失。1945年8月6日、9日美国B-29轰炸机对日本广岛、长崎投放了原子弹“小男孩”、“胖子”，历史将凝固这两个时刻：1945年8月6日8点15分、1945年8月9日11点30分，两座城市顷刻之间化为灰烬。小男孩胖子㈢核爆炸杀伤破坏效应原子弹等核武器的杀伤破坏因素主要有五种：光辐射、冲击波、早期核辐射、核电磁脉冲和放射性污染。前四种因素均在爆后几十秒钟以内发生作用，故统称为瞬时破坏因素；放射性污染的作用时间较长，一般可持续几天甚至更长的时间，故称为延缓杀伤因素。当核武器在30公里高度以下的大气层中爆炸时，五种杀伤破坏因素在总能量中所占的比例大约为：冲击波50％、光辐射35％、早期核辐射5％（包括核电磁脉冲的0．1％）、放射性污染10％。光辐射是指核爆炸形成的高温火球辐射出来的光和热，它由可见光、红外线和紫外线组成。光辐射作用于人员皮肤，可造成皮肤烧伤。人员直视火球，能造成视网膜烧伤；强烈的闪光能使人发生暂时失明、眼前发黑等症状的闪光盲；吸入炽热的空气，可导致呼吸道烧伤。光辐射能使物体熔化、炭化和燃烧。冲击波是核爆炸瞬间形成的从爆心向四周传播的高压、高速气浪，冲击波能对人造成直接杀伤和间接杀伤，能对武器装备和工事建筑物等造成严重破坏。早期核辐射是核爆炸最前十几秒至几十秒内放出的中子流和γ射线。它是核武器特有的杀伤破坏因素。早期核辐射的杀伤破坏作用是由于射线穿入人体时，引起组织机体的原子电离，破坏机体的蛋白质和酶等具有生命功能的物质，导致细胞的变异和死亡。引起机体生理机能的改变和失调（如造血功能发生障碍、胃肠功能紊乱和中枢神经系统紊乱等），产生全身性的疾病——放射病。病的轻重主要决定于吸收剂量的大小和人员身体健康状态。人员得放射病后，根据病情轻重，通常会出现头昏、疲乏、失眠、恶心、呕吐、食欲下降、脱发、发烧、贫血、腹泻出血、严重脱水、上吐下泻、意识障碍、抽筋等不同症状。核电磁脉冲是在核爆炸瞬间发出的持续时间很短的电磁脉冲波。核电磁脉冲能对电子设备造成功能性损坏和工作干扰。放射性污染是指核爆炸时产生的放射性物质对地面、物体、空气和水的污染。人员在污染区行动或接近严重污染的物体时，γ射线直接从外部照射人体，而引起与早期核辐射损伤相类似的体外照射伤害。