原子弹

原子弹（nuclearweapon）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。核武器是指利用能自持进行核裂变或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。1945年7月16日凌晨，世界上第一颗原子弹在美国新墨西哥州阿拉默多尔空军基地的沙漠地区爆炸成功。1949年8月29日，苏联爆炸试验成功了自己的原子弹，成为第二个拥有核武器的国家。

1、简介

原子弹是利用铀-235或钚-239等易裂变重原子核裂变反应瞬时释放巨大能量的核武器。又称裂变弹。瞬时释放出巨大能量的核武器。又称裂变弹。原子弹的威力通常为几百至几万吨级梯恩梯当量，有巨大的杀伤破坏力。它可由不同的运载工具携载而成为核导弹、核航空炸弹、核地雷或核炮弹等，或用作氢弹中的初级(或称扳机)，为点燃轻核引起热核聚变反应提供必需的能量。威力通常为几百到几万吨梯恩梯当量，有很大的杀伤破坏力。可单独配置在不同的投射工具中而成为核导弹。核航空炸弹、核地雷和核炮弹等，或用作氢弹中的初级(或称“扳机”)，为点燃轻核引起热核聚变反应提供必需的能量。重原子核裂变反应。

2、发展历史

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*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*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*使*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*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*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*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。

3、结构

原子弹主要由引爆控制系统、炸药、反射层、核装料组成的核部件、核点火部件和弹壳等结构部件组成。引爆控制系统用来适时引爆炸药；是推动、压缩反射层和核部件的能源；反射层由铍或铀-238构成，用来减少中子的漏失；核装料主要是铀-235或钚-239；核点火部件用以提供“点火”中子，以引发链式裂变反应；弹壳用来固定和组合各部件。

枪式结构

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。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。

内爆式结构

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。

4、分类

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在数量和当量上比较，美国在投射工具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的2/3次方为其“等效百万吨当量”值，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。

5、爆炸原理

铀-235、钚-239这类重原子核在中子轰击下通常会分裂成两个中等质量数的核，并放出2-3个中子和200兆电子伏能量(相当于3.2×1011焦耳)。放出的中子，有的损耗在非裂变的核反应中或漏失到裂变系统之外，有的则继续引起重核裂变。如果每一个核裂变后能引起下一代核裂变的中子数平均多于1个，裂变系统就会形成自持的链式裂变反应，中子总数将时间按指数规律增长。例如，当引起下一代裂变的中子数其均为2个时，则在不到1微秒之内，就可以使1千克铀或钚内的2.5×1024个原子核发生裂变，并释放出约2万吨梯恩梯当量的核能。裂变材料的装量必须大于一定的量，称为临界质量，才能使链式裂变反应自持进行下去。原子弹中要放置相当份量的裂变材料，但不使用时，它们必须处于次临界状态。使用时，要使处于次临界状态的裂变装料瞬间达到超临界状态，并适时提供若干中子触发链式裂变反应。超临界状态可以通过两种方法来达到：一种是“轮法”，又称压拢型，另一种是“内爆法”，又称压紧型。

6、发展趋势

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，也就是比威力有了显著提高。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。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，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*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*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*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。

7、防护措施

原子武器的爆炸方式有空中、地面和地下爆炸。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。

8、相关信息

中国科学院与原子弹

*确立积极防御战略原子弹爆炸1956年初至1967年1月，我在中国科学院任党组书记和副院长。早在50年代中期，党*和*主席就作出了要研制原子弹的决策。根据当时的国际形势，*主席确立了积极防御的战略方针。*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*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，*决定我们也要研制原子弹。当时，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*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。这是维护我们国家主权的大问题。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。我理解这就是*当时搞原子弹的方针，是*高瞻远瞩确立的积极防御的战略方针。

科学院接受党*下达的任务

*决定以自力更生为主研制原子弹，这件事太重要了。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。*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*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*总理为主任、罗瑞卿为秘书长具体领导这项工作的*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*下达的“两弹一星”任务非常重视，党组决定由我负责，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，我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，我通过他们了解情况，听取意见，再找其他科学家谈工作。所以，我对这段历史情况包括科学研究的情况，都比较清楚。当时，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。老同志都知道，谷羽是胡乔木同志的夫人，乔木是*的政治秘书，住*。谷羽很热心、活跃、能干。她对国家计委和*各部比较熟悉，去谈工作，互相支援、协作，很方便。有时候*向她问起科学院与“两弹一星”的有关情况，还可以向*当面反映。那时，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。我们的研究室、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。

自力更生为主争取外援为辅

自力更生为主，就是主要靠我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。这个反应堆全部归我们管。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。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。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。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。