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兵器知识杂志在线阅读
“资本主义炸弹”——中子弹(三)
文/尹瑞涛
---文章选自兵器知识杂志
对辐射反导的探索
20世纪50年代后期,苏联成功发射了洲E弹道导弹和第一颗人道卫星“斯普特尼克1号",这表明其拥有了把核武器投挥到美国本土的更有效的运载工具,这不仅大大提高了苏取的世界地位,而且也对美国构成了严重的核成慢,美国将这视为“在一场比珍珠港事件更重要、更伟大的战争中失败了”。于是,美国在此后进行了多次高空核试验,以研究核爆炸产生的射线对导弹的影响,e究反弹道导弹问题以及研究并解决核弹头的突防问题。1958年8月27日至9月6日,美国在南非开着敦市西南1800千米的南大西洋海域进行了,阿尔戈斯行动"系列核试验,该试验由劳伦斯辐射实验室主导,具体由美军TF-BB特凝粮队(i视队由9艘军舰组成)在绝密状本下实施,"周尔戈斯行动"共进行了三次核试验,B月27日、8月30日和9月6日,美军从"诸饭"号驱a规(独号: AVM-1)上先后发射7三枚改装的X-17A导弹,该号弹由洛克希德公司制造，为三级导弹,长131米,直径231米,导弹各自搭载一枚当量为1700 吨T的W-25核弹头(重吸9千免,长01655米,宽0.424由洛斯:阿拉莫斯闻家实验室研制),分别在170千米309千米、794千米的超高空引爆。核弹在高空爆炸8放出巨量的X射线和B射线影响地球大气层,在数百里内造成短时间的带电粒子雨,形成了“范,阿伦带”。这些带电粒子在地球磁场中运动时,会造成能n大的电磁脉冲,在任何导体内造成巨大的电流,以此仿甚至摧毁洲际弹道导弹中的电路,使导弹的引爆系制导系统失灵。此外,辐射带也能影响电波与雷达的传对近地轨道的航天器也有一定威胁。这些核试验证实7爆炸所产生的能量福射、尘埃扩散、自由电子和R变的辐射对于导弹、卫星及其电子元件具有强大的破坏能力。
中子弹反导
在反导方面,中子弹也有着独特优势,它是根时导拦载手段,理想的反导弹核武器应能在本国边界期高空摧毁敌人发射末的号弹核武器,而对自己国土筑设施和人民生命财产基本上不产生破坏与杀仿作用。这就要求反导弹核武器的冲击波和热辐射的破坏作用很小并且产生的放射性沉降物也很少。只有中子弹才能做到这一点。 1958年夏天,美国在太平洋约翰斯顿岛进行的高空核试验中曾研究过用中子辐射破坏弹头是否比用反弹道导弹的热效应更加有效,结果证明确实有效。由于中、高空的空气密度小,空气极为稀薄,对中子的衰减能力减弱,中子可以传福到相当远的距离,故中子弹反导的股伤距离很大。中子弹在高空爆炸既能摧毁导弹的核弹头又能对导弹的电子元器件和线路造成损伤。
中子弹产生的高能中子对来袭核弹头的破坏作用主要体现在以下两方面。
一是引起来袭导弹内核装置过早点火。由于原子弹的威力与核材料的临界度是成正比的,而临界度又是强烈依赖于时间的变量,所以中子点火必须适时,以确保在临界度基本达到最大值时释放出大量的中子。过早或过迟点火都会使扳机的威力下降,而如果威力下降到一定程度就可能引爆不了氢弹,造成核爆的失败。中子弹发射出来的密集“中子雨”可以穿透导弹的外壳,射入来袭导弹的核材料中,使核弹头中的核炸药发生“过早点火”提前裂变。所谓“过早点火”是指来袭弹头的核材料在未被压缩得很好时,即超临界度不大时,由于反导核爆射进去的过量的瞬发中子和缓发中子的作用,使来袭核装置过早裂变,核裂变不能在最佳时间进行,导致当量大大下降,近乎“哑弹" ,造成很强失效,从而使进攻失败。
二是中子引起核材料熔化或变形从而使核武器失灵。
中子打到来袭弹头的活性区,由于引起裂变和其本身所携带的大量能量,可使活性区的温度升高很多,从而使核材料熔化,致使弹头不能爆炸。据估计,一枚2000 吨TNT当量的中子弹爆炸后在500米处的中子注量达8x 10"中子/厘米,可使约4x 102个原子核发生裂变,并能产生350℃的高温而使核装料变形。
中子可以穿过导弹壳体,直接作用在导弹内的电子元件、电子线路、电缆网、惯性器件、金属材料及油料等部件上,使它们承受很强的电磁场和大量的粒子辐射,造成辐照损伤。轻则使其电参数或物理性能变坏,重则造成永久性损伤,甚至导致制导系统失灵,从而使导弹失去控制,导致导弹飞行失常。对于未加固的导弹系统,中子对它的破坏半径约为几十千米,例如,美国1980年要求非工作状态的电子系统达到的辐射容限为中子通量10“个中子/厘米。据估计,一枚2 000吨TNT当量的中子弹爆炸后在500米处的中子注量可达8x104个中子/厘米2,电子元件受到这么大的中子注量照射会引起性能改变,甚至是永久性破坏。
高能中子(快中子)是与质子质量接近的粒子,但没有电荷,大部分快中子是在1微秒的裂变过程中释放出来的。当中子撞击到一种材料上时,中子就像高速弹丸样引起材料内部结构的物理位错,通常能产生永久损伤尤其是在半导体中,半导体器件的有效工作依赖于已有的有序的晶体点阵结构。照射到半导体器件上的中子,将与靶材料原子产生弹性散射或非弹性散射等作用而使其离开晶格位置,在半导体内产生永久性损伤。中子造成导弹上电子元器件永久损伤的机制是中子与原子核作用会形成反冲核,因而导致出现了下列效应: (11)在晶格结构中产生大量晶格空穴,一个高能中子能置换出几千个原子核(2)产生空隙原子，即停在晶体晶格中正常原子位置之间空隙中的位移原子,引起晶体晶格结构的睛变。中子与晶体中的原子发生碰撞,通过碰撞,晶体原子得到能量。
当得到的能量大于位移所需要的能量(对于大多教材料约为25ev),晶格原子就可以离开原来平衡位置进入填隙,在晶体中产生空穴与填隙原子,产生“位移效应" ; (3)形成所谓的“热钉子” ,即快中子在非常小的体积中损耗其大部分能量,形成小范围的高温,这个"钉子”将包括5 000-10 000个原子,并且在10“微秒左右的时间内达到1200℃的高温; (4)中子被某些核素俘获后形成复合核,并处于激发态。当激发能量超过原子核的最小结合能时,原子核就会发射别的粒子,如质子、a粒子或B射线,产生感生放射性,经过蜕变产生了新元素,结果等于在晶体晶格中引入了“杂质”原子造成缺陷; (5)对于含氢化合物,中子打击分子结构中的氢核,从而导致材料中产生氧气。
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