核武器當量

核武器當量是指核武器爆炸後釋放出的能量,通常用釋放出相同能量的三硝基甲苯的噸位來衡量。常見的單位有千噸(kt)和百萬噸(Mt),有時也用太焦耳(TeraJoules)。因為測量TNT爆炸產生的能量具有一定主觀性,加之試驗誤差,精確測定很困難(特別是在核武器研發初期)。因此,一千噸TNT爆炸的能量約定俗成的定為10^12大卡,相當於4.184太焦耳。

當量-重量比是指核武器的當量與其重量的比值。對於聚變武器(熱核武器),當量-重量比的理論極限是每噸位炸彈6百萬噸TNT,相當於25太焦耳/千克。1960年代曾報導過當量在5.2百萬噸/噸,甚至更高的單彈頭核武器。但從那時起,為了增加打擊效率,多彈頭核武器受到青睞。因此,核武器開始小型化,現代單彈頭核武器的當量-重量比開始走下坡路。

基本介紹

  • 中文名:核武器當量
  • 外文名:Nuclear weapon yield
  • 定義核武器爆炸後釋放出的能量
  • 單位:太焦耳
  • 分類:核工業
簡介,核武器當量的具體例子,當量的極限,

簡介

核武器當量是指核武器爆炸後釋放出的能量,通常用釋放出相同能量的三硝基甲苯的噸位來衡量。常見的單位有千噸(kt)和百萬噸(Mt),有時也用太焦耳(TeraJoules)。因為測量TNT爆炸產生的能量具有一定主觀性,加之試驗誤差,精確測定很困難(特別是在核武器研發初期)。因此,一千噸TNT爆炸的能量約定俗成的定為10^12大卡,相當於4.184太焦耳。
當量-重量比是指核武器的當量與其重量的比值。對於聚變武器(熱核武器),當量-重量比的理論極限是每噸位炸彈6百萬噸TNT,相當於25太焦耳/千克。1960年代曾報導過當量在5.2百萬噸/噸,甚至更高的單彈頭核武器。但從那時起,為了增加打擊效率,多彈頭核武器受到青睞。因此,核武器開始小型化,現代單彈頭核武器的當量-重量比開始走下坡路。

核武器當量的具體例子

從上往下當量遞增(大部分數據為近似值):
核彈當量備註
B83核彈
當量可變
上限為一千二百萬噸TNT; 美國現役核武器中威力最大的一種。
EC17/Mk-17, EC24/Mk-24和B41核彈(Mk-41)
當量可變
是美國威力最大的熱核武器:二千五百萬噸TNT;Mk-17是體積和質量最大的核武器(18,000千克);Mk-41(或B41核彈)重達4800千克,當量為二千五百萬噸TNT,是有史以來當量-重量比最高的核彈。它們全部是自由落體炸彈,由B-36和平締造者轟炸機空投。
作為比較,美國GBU-43大型空爆炸彈(MOAB,戲稱為“炸彈之母”)的當量只有11噸TNT;俄克拉何馬城爆炸案中案犯使用的硝銨炸藥只相當於2噸TNT。即使跟最小的核武器相比,常規爆炸也難以企及。

當量的極限

理論上,裂變核武器所能達到的最高當量-重量比約為每噸位炸彈六百萬噸TNT,相當於25太焦耳/千克。迄今達到的最高值略小於這個極限。現代小巧核武器的當量-重量比更低,因為需要考慮載具的運載能力。
  • 二千五百萬噸級的B41核彈的當量-重量比可以達到每噸位炸彈五百一十萬噸TNT。美國現有的核武器許多無法達到這個水平。有人猜測如果使用高濃縮氘化鋰-6作為聚變燃料,這個當量-重量比並非不可企及。目前,B41核彈仍然保持著當量-重量比的世界紀錄。
  • 1963年美國能源部解密的檔案顯示,美國有技術能力部署運載三千五百萬噸級核彈頭的大力神II型飛彈,也有能力在B-52轟炸機上運載五千到六千萬噸級的核彈頭。美國政府並未真正執行。但是,計算顯示這些核彈的當量-重量比都超過二千五百萬噸級的B41核彈。有人猜測,保持B41核彈的設計不變,如果用鈾-235代替包覆融合芯中的鈾-238,就可以進一步提高當量-重量比。在泰勒-烏拉姆設計方案中,鈾-238是最常用的包覆融合芯材料。
  • 美國現有小巧核武器的當量-重量比在每噸位炸彈六十萬到二百二十萬噸TNT之間。大衛克羅無后座力炮的彈頭的當量-重量比在每噸位炸彈四百到四萬噸TNT。“小男孩”核彈的當量-重量比在每噸位炸彈四千噸TNT。最大的“沙皇炸彈”的當量-重量比在每噸位炸彈二百萬噸TNT。據信若使用合適的材料,“沙皇炸彈”的比值可以達到每噸位炸彈四百萬噸TNT。
  • 有史以來最大的純裂變核武器“常青藤之王”的當量為五十萬噸TNT,也許已經達到了其設計的極限。使用聚變增強能大大提高此類核彈的效率。但是,裂變材料在超過臨界質量後會帶來嚴峻的設計和工程問題。因此裂變核武器的當量是有極限的。純聚變核武器卻沒有這個問題。
  • 理論上裂變核武器所能達到的最高當量-重量比約為每噸位炸彈六百萬噸TNT,實際所達到的值為每噸位炸彈五百二十萬噸TNT。因此對於空投的核彈,其總當量有一個實際界限。新一代核武器基本不再有笨重的外殼,增強了提高當量-重量比的可能性。比如,Mk-36核彈的當量-重量比約為每噸位炸彈一百二十五萬噸TNT。如果其外殼能夠減重2/3,其當量-重量比可提高到每噸位炸彈二百三十萬噸TNT,和更新且更輕的Mk/B-53核彈幾乎一樣。
  • 運載工具的運載能力可以用來猜測核彈的當量。安-225運輸機的最大運載能力是二百五十噸。如果有這樣一顆二百五十噸的核彈,其當量將達到十三億噸TNT。俄羅斯的大型火箭SS-18(R-36飛彈)的有效載荷為7.2噸。其能夠攜帶的最大裂變武器相當於三千七百四十萬噸TNT。土星五號火箭的有效載荷為120噸。其能夠攜帶的最大裂變武器相當於七億噸TNT。
現代核武庫中已經很少有大型單彈頭。取而代之的是多目標重返大氣層載具運載的多彈頭系統。在當量或者載荷相近時,後者的破壞力遠遠超出前者。單個彈頭的破壞力是其當量的2/3。在多彈頭系統中,雖然每個彈頭的破壞力相對小些,但是整體上多彈頭的破壞力不但能夠補償失去的當量數,反而會因為更好的當量-重量比而具有更大的破壞力。

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