除此以外,核武器還可以根據用途而細分為戰略核武器及戰術核武器,前者是一般意義上的核武器範疇,為大當量的核武器,後者則屬於小當量。其中,後者可用於常規戰爭。戰術核武器的概念以及發展相對戰略核武器為遲緩,是在二戰以後多年才逐步形成的,而戰術核武器需要對核能技術的要求亦較高以及複雜,其前提是要擁有戰略核武器。
目錄 |
世界各國核武器狀況
大規模殺傷性武器 | |
種類 | |
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核武器 | |
生物武器 | |
化學武器 | |
放射性武器 | |
國家 | |
阿爾巴尼亞 阿爾及利亞 阿根廷 澳大利亞 巴西 保加利亞 中華人民共和國 法國 德國 印度 伊朗 伊拉克 以色列 中華民國 利比亞 | 日本 荷蘭 北韓 巴基斯坦 波蘭 羅馬尼亞 俄羅斯 沙烏地阿拉伯 南非 瑞典 敘利亞 英國 美國 加拿大 |
相關條約列表 | |
自從有了核武器以來,人類戰爭就進入了一個新的,以核武器為基礎的時代。核武器是以核反應所釋放出來的巨大能量作為破壞力的武器,是人類有史以來所發明的威力最強大的武器。核武器又是擁有強大威懾力的武器,能夠賦予核國家巨大的戰爭潛力和顯赫的國際地位。目前世界上有8個公開承認擁有核武器的國家,分別是美國、俄羅斯、法國、英國、中國、印度、巴基斯坦、朝鮮,其中前五個同時也是聯合國安理會常任理事國,是世界上公認的位於國際世界頂端的大國。
除此之外,以色列也被國際社會確認擁有核武,哈薩克斯坦作為蘇聯解體後第三大核武器擁有國,因原蘇聯時期核試驗多在哈薩克進行,其國家和人民深受其害,獨立後主動放棄核武器,並關閉蘇軍建立的數千座核試驗設施,另外烏克蘭與南非因和平原因放棄其國家的核武,屬於曾經擁有核武的國家。
被稱為「巴基斯坦核彈之父」的卡迪爾汗已經對外承認了自己向朝鮮、利比亞和伊朗三個被美國稱為「流氓政權」的國家出售核武關鍵技術。[1],其中朝鮮(北韓)已核試驗成功,利比亞卡扎菲迫於美軍壓力已宣布放棄核武計劃。
國際原子能機構總幹事埃爾巴拉迪稱「有30個國家擁有迅速生產核武器的能力」[2],他所指的「迅速」是在三個月內就可以擁有核武器,這已經接近全世界國家總數的1/6了。而且具有生產核武器能力的國家恐怕最少應該在50個國家以上,巴拉迪同時指出聯合國每年的1.5億美元用於防止核子武器擴散的開銷費用,根本不能有效阻止現在越來越多的國家通過擁有大規模殺傷性武器來實現「自衛」的「潮流」,核武器也可能會流入恐怖主義組織的手中。
核武器歷史
- 1945年7月16日,美國進行了世界上第一次核爆炸實驗。
- 1945年8月6日,美國用B-29超級空中堡壘轟炸機運載「小男孩」2萬噸當量原子彈轟炸廣島。爆炸時間:1945年8月6日8點15分43秒,城市中心12平方公里內的建築物全部被毀,全市房屋毀壞率達70%以上。關於死亡人數,日美雙方公布數字相差甚大。據日本官方統計,死亡和失蹤人數達71379人,受傷人數近10萬。
- 1945年8月9日10點58分,「胖子」原子彈被投放於長崎。
種類
裂變核武器
大部分的裂變核武是使用化學炸藥,把在臨界質量以下的鈾-235或鈈擠壓成超越臨界質量的一塊,然後在中子照射下產生不受控的連鎖反應,釋放大量能量。起爆的方式可分為鎗式和內爆式。美國第一枚投擲在日本廣島的核武小男孩即為鎗式起爆的鈾彈。第二枚投擲在長崎的胖子為內爆式起爆的鈈彈。
一磅的鈾-235分裂時可放出大約三千七百億焦耳的能量,約為82太焦耳/公斤(TJ/kg)。一般的連鎖反應只維持一微秒(μs),功率約為82艾瓦/公斤(EW/kg),或每原子200兆電子伏/秒。
[編輯] 聚變核武器
一般的氫彈會先引爆作為前級的裂變彈,造成足夠的溫度及壓力,之後的後級聚變才會開始。後級可以無限制地連鎖起來,製成比普通裂變強力很多的核武。
[編輯] 裂變/聚變核武器
美國三相氫彈設計,目前氫彈都是三相彈,因為不先有裂變的高溫高壓不可能產生融合。
[編輯] 加強型原子彈
又稱助爆原子彈,雖然名為「原子彈」實和中子彈同為為廣義氫彈一種,指雖然像典型氫彈般有聚變材料作為核爆增強劑,但聚變的主要作用是提供足夠中子,給裂變材料的分裂反應更為完全,意味所需的聚變材料較少,所以較一般氫彈小巧。通常此設計是用於小型的戰略級核彈,因威力雖然遜於典型氫彈卻勝在較緊湊。[編輯] 骯髒彈
感生放射:鈷核彈
鈷核彈的原理是在彈殼使用鈷元素。聚變釋放的中子會令鈷變成鈷-60,一種會在長期(約五年內)釋放強烈伽傌射線的同位素,目的是維持長時期的強放射污染。除了使用鈷外,亦可使用金造成維持數天污染,或用鋅及鉈造成維持數月的污染。不過由於三級的裂-聚-裂核武亦能部分達成同一目的,故此已知的核武國沒有承認有生產鈷核彈。中子彈
衝擊波彈
它是一種小型氫彈,採用了慢化吸收中子技術,減少中子活化,削弱其爆炸後輻射的作用,部隊可以迅速進入爆炸區投入戰鬥,是一種戰術核彈。伽瑪射線彈
原理類似一座無防護層的裂變反應堆,所以不會發生一般意義上的爆炸,只放出大量伽瑪射線;儘管各種效應不大,也不會使人立刻死去,雖然能造成持久的放射線,但不一定會污染土地,能有效迫使敵人離開。核電磁脈衝彈
經過改造的核彈,減弱了衝擊波與核輻射效應,增強了電磁脈衝效應,利用在大氣層以上的核爆炸,產生大量定向或不定向的強電磁脈衝,基本上對人體無害,但可使電器(或金屬)急速升溫燒毀。其他
核彈爆發的效應
B-61 核彈頭內的引爆核材料
能量以何種形式被釋放還要仰賴武器的設計以及爆炸時的環境。放射性塵埃的能量釋放是持續的,而其他四種都是立即的短暫的爆發。
這最初四種機制釋放的能量根據炸彈的尺寸而有區別。熱輻射機制相對於距離衰減最緩慢,所以越是大當量的核彈,這種機制就越顯得重要。粒子輻射被大氣強烈吸收,所以他只在小威力的爆炸中體現出重要性。而衝擊波效應的衰減,是介於上述二者之間的。 在爆發的一瞬間,核裝藥在一微秒內達到平衡溫度。在這一時刻,大約75%的能量都以熱輻射形式,特別是以軟X射線的形式存在,而其他的殘餘能量則都表現為武器碎片的動能。接下來,這些軟X射線和碎片怎樣與周圍媒質作用就成為衝擊波和光以及粒子之間怎樣分攤能量的決定因素。總的來說,若是在爆心周圍物質很密集,那麼它們將非常有效的吸收能量,衝擊波的強度將會被加強。 當爆發在接近海平面的大氣中進行時,絕大多數的軟X射線將在數英尺內被吸收。一些能量轉而形成紫外線、可見光和紅外波段的輻射,但更多的被用來加熱空氣,形成火球。 在高空的爆發中,由於空氣密度的降低,軟X射線更趨向於行走更長的距離,在它們終究被吸收後,只有更少量的能量用來推動衝擊波(海平面的50%或更少),而剩餘的都轉化為其他形式的熱輻射。
當量
核武器的爆發的主要機制(衝擊波和輻射)所造成的效果可以和傳統炸藥相比較。主要的不同是,核武器的能量釋放更迅速也更強烈。因此,人們常用同等爆炸威力的黃色炸藥(三硝基甲苯/TNT)的質量來衡量核武器的威力:名稱 | 當量(千噸) | 備註 |
大衛克羅無後座力砲 (可變當量) | 0.01-0.02 | 質量僅23kg,美國投放的最輕量級的核彈 |
廣島原子彈 (小男孩) | 13 | 槍式鈾235核分裂彈 |
長崎原子彈 (胖子) | 20-22 | 內爆式鈽239核分裂彈 |
W-76 | 100 | 8枚裝備在三叉戟一型飛彈上 |
B-61Mod3 | 0.3/1.5/60/170 | 自由落體炸彈,4度可變當量 |
B-61Mod10 | 5 | 自由落體炸彈 可用戰術飛機投放,如F/A-18,A-10 |
W-87 | 300 | 10枚裝備在和平衛士飛彈上 |
W-88 | 475 | 8枚裝備在三叉戟二型飛彈上 |
Castle Bravo | 15000 | 美國最大當量的測試彈頭 |
EC17/MK17 EC24/MK24 B41/MK41 | 25000 | 美國裝備部隊的最大當量彈頭,由B-36攜帶,自由落體炸彈,1957年退役 |
Tsar bomb(沙皇氫彈) | 50000(原100000) | 前蘇聯最大當量的測試彈頭 |
衝擊波的破壞
核彈的主要的破壞力來自於衝擊波效應。絕大多數的建築(當然除了特別加固和抗衝擊結構的工事),將受到致命的摧毀。衝擊波的速度將超過每小時幾百公里,而他肆虐的範圍會隨着核武器當量的增加而增加。兩種相似又不同的現象將隨衝擊波的到來而產生:大多數核武器空爆造成的破壞就是由靜態超壓和動態的疾風合成的效果。較長時間的超壓拉動建築結構使其變得脆弱,這時吹來的疾風再一舉將其摧毀。壓縮、真空和拉扯效應總共會持續若干秒鐘,或者更長。而這裡的疾風比世界上任何可能出現過的颶風都要更加兇猛。
熱輻射
核武器的爆炸會伴隨有大量的電磁波輻射爆發,分布在可見光波段,及紅外的和紫外的波段上。主要的傷害機制是造成灼傷及對肉眼的傷害。在晴朗的天氣下,作用範圍可超過衝擊波。輻射光的能量是如此之強,它可以在衝擊波留下的廢墟中再製造一場大火。而熱輻射所作用的範圍,隨武器當量的增加而顯著地增長。由於熱輻射線是以直線傳播的,所以任何不透明的物體都可以成為有效的壁壘阻止其傳播。但是,如果空氣中有霧氣,這些小水珠可以散射輻射線使其向四面八方傳播,於是所有的壁壘都會顯著地喪失作用。 當熱輻射線作用於一個物體時,部分的能量會被反射,部分被傳導和轉化掉,而剩下的會被吸收。吸收的比率取決於物體的特性和顏色。一個薄片狀的物體可以將大部分的能量傳導掉,同時淺顏色的物體可以反射許多輻射,它們受到的傷害都會小一些。對輻射線的吸收造成溫度在表面的迅速升高,例如木材、紙張、織物等都會被點燃和烤焦。如果恰好這種物質是不良導體,那麼加熱現象只會在表面產生。 事實上,物質是否被點燃還仰賴於熱輻射持續的長短,物質的厚度和包含的水分。在近距離上,所有的物質都會被加熱蒸發,而在最遠的距離上,只有最容易點燃和最脆弱的物質才會受到傷害。火災並不一定只是熱輻射線產生的,衝擊波造成的混亂氣流,也可能誘發大火。在廣島轟炸中,就有一場空前巨大的火災,持續了20分鐘。火焰加熱空氣使其上升,周圍的空氣填補這一真空,造成持續的指向爆心的強風。然而這種現象並不是核爆炸所特有的,在二戰的大轟炸中,大量的燃燒彈或經常發生的森林火災中的烈焰也能造成大風。
電磁脈衝
人類首次用於實戰的核武:「小男孩」
唯一能夠保護電子設備不受脈衝摧毀的措施是將其完全包裹在良導體內,或別的形式的法拉第籠內。當然,對於無線電通訊設備來說這是不可能的,因為它將收不到任何訊號。最大當量的核彈被用來實現大面積的,甚至是洲際範圍的電磁轟炸。
原始粒子輻射
核彈空爆中,大約5%的能量,以最原始的粒子和γ射線形式輻射掉了。裂變彈和聚變彈的中子輻射有很大不同。然而γ輻射的結構,無論是在這類爆炸式的核反應中,還是短半衰期的物質衰變中都是類似的。核反應粒子輻射隨距離衰減快的原因,一個是它們的散布面積正比半徑立方,強度即正比半徑立方的倒數,一個是它們被大氣強烈地吸收和散射。粒子輻射的結構也與距離有關,在近爆心的地點,中子輻射強於γ輻射,但隨着距離的增加,中子-伽瑪比將減小。最終,中子成分與γ成分相比即可忽略。要注意的是,上述的這些距離,並不隨爆炸當量的增加而有十分顯著的變化。因此,越大當量的爆炸中,原始粒子輻射的效果就越不顯著。在大塊頭的核彈中,譬如大於50kt,衝擊波和熱輻射的威力使得粒子輻射機制相形見絀,以至於被忽略。
輻射塵
剩餘的放射性物質通過兩種效應造成殺傷力:輻射塵和中子感應機制,剩餘粒子放射線從下列物質中產生:- 裂變產物。裂變產物是由鈾或鈈在裂變反應中產生的中等質量的同位素。在裂變反應中,實際上產生的產物有超過300種。大多數是放射性的,且半衰期的長短不一,區別很大。短則幾分之一秒,長則在數年內都有致命的放射性。它們衰變的經典機制是釋放beta和γ射線。1千噸的當量中,有大約60克的放射性裂變產物。引爆一分鐘之後,裂變產物的放射性等同於3千萬公斤的鐳同時衰變,也就是大約1.1E21Bq。
- 未裂變的裝藥。裂變物質的利用,在核武器中可謂是很不充分,大量的鈾和鈈在裂變前就被炸得四分五裂。這些核裝藥,以alpha衰變的形式緩慢地輻射,而它們的重要性也相對較小。
- 中子感應效應。當一個原子核在中子爆發的時候捕獲了中子,作為一種已知的必然機制,它將變為放射性並在較長的周期內放射beta和γ射線。中子爆發作為最原始的核放射線,必將引起殘留的中子感應效應。另外,環境物質,如土壤、空氣和水,也將被感應激發,這取決於它們的化學成分和距爆心的距離。舉例來說,在近爆心的地區,土壤中的礦物質由於中子爆發會變成有致命放射性的同位素。這是由於多種元素具有中子俘獲能力,像鈉、錳、鋁和矽這樣的元素,都存在於土壤中且參與了中子感應效應。但這種效應並不重要,因為它只限於很有限的一塊區域內。
全球放射性沉降的生物學破壞作用是由長半衰期的同位素在生物體內的富集主導的。像鍶-90或銫-137這類元素,通過食物等進入人體。化學上,這些同位素和鈣很像,他們會被誤認為鈣,而被吸收並沉積在骨骼中。這些高放射性的物質將會造成例如像白血病一類的放射性疾病。全球沉降的傷害效果毋庸置疑是小於當地的輻射塵。
在普遍的情況下,衝擊波和熱輻射的殺傷將遠大於放射線的傷害。但是,放射線的輻射傷害比衝擊波和熱輻射更加複雜,人們對它也存在誤解。各式各樣的生物變異將在輻射區內的動物中發生。全身攝入高劑量放射性元素的個體將會立即死亡,其他攝入劑量較少的個體將會苟活,但也會隨後來的併發症而死去。
武器的投送
戰略核武器常指用來摧毀戰略目標(如城市)的大當量核武器;戰術核武器是指用於摧毀小型的特定目標(如軍事、通訊或永備工事等目標)的較小的類型。以現代的眼光來看,在廣島和長崎投放的原子彈只能算是戰術核彈(當量分別為13和22千噸),同時現代的戰術核彈比之又要緊湊和輕巧。 核武器的基本投放方式有:- 自由落體炸彈:早期的核武器太大了,他們只能被B-29等飛機運載和投放,但在50年代中期,可由戰鬥轟炸機搭載的較小型的核武器被研製出來。這種新型空基的自由落體炸彈運用了多種新技術,包括翻滾轟炸(toss bombing),傘降投擲(parachute-retarded delivery),臥倒模式(laydown mode),以保證給與載機足夠的逃離時間。
- 彈道導彈:彈道導彈採用拋射物彈道飛行,通常用於超視距的彈頭投送。機動彈道導彈具有十到上百公里的射程,洲際彈道導彈(ICBM)和軌道轟炸系統(SLBM,原意是人造衛星發射的彈道導彈satellite-launched ballistic missile,因其整個系統採用軌道彈道部署在太空,可以實現全球轟炸,故譯為「軌道轟炸系統」)採用亞軌道或部分軌道彈道以達到全球打擊的效果。較早的彈道導彈攜載單一的彈頭,每一個有百萬噸級的當量。自上世紀70年代之後,更新的彈道武器使用多彈頭分導技術(MIRVs),每顆導彈可攜帶一打彈頭,而每個彈頭的當量下降到千噸級。這樣一次發射就可威脅多個目標,或對一個目標造成更有效的打擊。
- 巡航導彈:這種導彈使用噴氣發動機或火箭發動機提供動力,以低空巡航的方式飛行,使用自動導航系統(基本上是慣導,但也有GPS導航和雷達中繼制導作為輔助),突防能力更強。巡航導彈的射程較之彈道導彈要近,且攜載能力也要差一些,當今也沒有服役的多彈頭巡航導彈。導彈可從潛艇、艦船及飛機上發射。
傳統上一個國傢具備戰略轟炸機、陸基核彈道飛彈、彈道飛彈潛艇的三棲投放方式,稱為「核武鐵三角」,目前嚴格來看只有中國、俄羅斯、美國、法國。
文化上的核武器
核武器已變成一種流行文化,二戰之後的時代也被人稱作原子時代。安迪·沃霍爾將原子彈驚人的能量和末日般的視覺效果作為作品《原子炸彈》的主題,於1965年搬上了銀幕;詹姆斯·羅森奎斯特拍有電影《F-111》,格利高里·格林對原子彈嘲弄也成為經典;藝術家詹姆斯·阿考德試圖用鈾來製作他的作品。許多的電影都致力於表現核戰爭及其恐怖的威脅(包括核輻射導致的變異怪獸):
- 《哥吉拉》(Godzilla 1954)
- 《海灘》(On the Beach 1959)
- 《奇愛博士》(Dr. Strangelove or: How I Learned to Stop Worrying and Love the Bomb 1964)
- 《失敗的安全》(Fail-Safe 1964)
- 《遊戲戰爭》(The War Game 1966)
- 《盜日者》(Taiyo o nusunda otoko / The Man Who Stole the Sun 1979)
- 《起風》(When the Wind Blows 1982)
- 《聖約》(Testament 1983)
- 《明日》(The Day After 1983)
- 《戰爭遊戲》(WarGames 1983)
- 《終結者》(The Terminator 1984)
- 《線索》(Threads 1985)
- 《奇蹟一英里》(Miracle Mile 1988)
- 《曙光》(By Dawn's Early Light 1990)
- 《真實的謊言》(True Lies 1994)
- 《斷箭》(Broken Arrow 1996)
- 《和平製造者》(The Peacemaker 1997)
- 《恐懼的總和》(The Sum of All Fears 2002)
核武器也常常是科幻小說的主角。連鎖反應和核彈最早就曾被科幻小說家克利夫·卡特梅爾作為1944年作品「最後通牒」的主要內容,以至於他不幸地被聯邦調查局列為嫌疑犯,懷疑他泄露曼哈頓工程的計劃。甚至早在1914年H·G·威爾斯的小說《解放的世界》(The World Set Free)就有提到「原子炸彈」一詞,當時科學家們已經發現了放射性衰變並估計到了其中所可能蘊含的能量。在威爾斯的小說中,所謂的原子彈威力不過一般,但整個世界的原子都將被引爆,一切都將歸於寂靜。就連原子彈本身也曾被擬人化,代表那些成熟、眼光敏銳、不拘小節、精力旺盛和深刻的人。
電影中另一類核武的用途,就是解決原作設定中能力過強、造成結局幾近無解的怪物,例如《芝加哥打鬼》等。
核武器也是和平組織堅定不移的攻訐對象,裁核運動組織(CND)是最主要的一個,其由「N」(nuclear)和「D」(disarmament)組成的標誌是現在流行的和平標誌之一。還有一首歌「曼哈頓計劃」是有關於曼哈頓計劃的,由Rush樂隊演唱,收錄在唱片《Power Windows》中。
另外,作為一個完整的和平國家,日本對於「核武」一詞也頗有忌憚,不僅是在軍事或政治上,在許多的科幻作品中,對於「核武」或「大規模毀滅性武器」的命名,常常避免使用「核武」之類的名稱。例如動畫名作超時空要塞MACROSS系列中最為強大的導引武器就是被稱之為「反應導彈」。
臺灣受到原子彈爆炸的驚人威力影響,加上日後與中國大陸軍備對抗的社會氣息,「原子」在1950-1960年代成為「先進科技」的代名詞,許多標榜新科技、新潮流的名詞都被冠上「原子」之名,如「原子筆」、「原子衣」等等。
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