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1、2007年,第8期知识介绍47核武器、化学武器、生物武器及其防护钟东臣,卢伟(浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004)摘要:介绍了核武器、化学武器、生物武器基本知识,包括原子弹、氢弹和中子弹的基本原理、核燃料的生产、常见的化学毒剂及生物战剂,并简单介绍了核武器、化学武器、生物武器的基本防护。关键词:核武器;化学武器;生物武器的基本防护文章编号:1005-6629(2007)08-0047-05中图分类号:O571.1文献标识码:E随着禁止核武器、化学武器、生物武器公约的而产生核爆炸。相继实施,发生大规模核化生战争的可能性减小,其裂变反应为:23
2、5239但这类武器却有可能被恐怖分子利用。美国《科学》n+U(或Pu)→A1+A2+vn+E杂志指出假若恐怖分子掌握了核武器、化学武器和式中n是中子,A1,A2为两个中等质量的裂变后的[1]生物武器,人类将随时面临大规模屠杀的威胁。核碎片,vn是每次裂变放出的中子数,E是每次裂-13此外,核泄漏、化学物质外泄、传染病并没有完全变释放出的能量(约为200MeV,1MeV=1.6×10J)。23523924消除。因此,在化学教学中结合教学内容渗透核武1kg核材料(U或Pu)有2.5×10个原子核。全部器、化学武器、生物武器的基本知识,使学生了解裂变释放的能量。2
3、4-1313其特点和危害,学会基本的防护知识,有助于提高w=2.5×10×200×1.6×10=8×10J学生的自我防护能力。1kgTNT炸药放出的能量(化学能)仅为4.19×61核武器10J,1kg核材料全部裂变释放的能量约为2万吨核武器是利用原子核裂变或聚变反应瞬间释放TNT炸药放出的能量,因此原子弹的爆炸威力比化的能量,产生爆炸作用并有巨大杀伤破坏力武器的学炸弹大上百万倍。总称,包括原子弹、氢弹以及以中子弹为代表的第1.1.2氢弹23三代核武器。利用H(D)、H(T)等轻核原子核的热核聚变反[2]1.1核武器的基本原理应制成的核武器,叫聚变武器或热核武
4、器,通常称1.1.1原子弹作氢弹。D、T两个原子核,必须克服它们之间的235239利用U或Pu等原子核的链式或裂变反应原静电排斥力才能发生聚变反应。因此要求核燃料达理制成的武器,叫裂变武器,通常称作原子弹。原到几千万度甚至几亿度的高温并处于高压状态,从235239子弹在爆炸前,将高浓缩(90%以上)U或Pu装而发生大量的聚变反应(称热核反应)而释放出巨在弹体内分成几小块,每块质量都小于临界质量。大能量。氢弹中热核反应所必需的高温、高压等条这里的所谓临界质量是指裂变物质能实行自持链式件,是由原子弹爆炸来提供的。氢弹必须包含两个反应所需的裂变物质的最少质量。爆炸
5、时,控制机部分:为创造自持热核反应条件而专门设计的用于构首先引爆普通烈性炸药,产生高温高压,使两块引爆的原子弹(通常称之为“扳机”)和热核聚变2352396或几小块U(或Pu)燃料迅速聚合而超过临界质装料。现在实用的热核装料是固态的LiD,氢弹的235239量,中子源产生的中子诱发U(或Pu)裂变,释巨大威力主要来自热核聚变释放的能量。首先引爆放出裂变能,同时还放出2-3个中子。这些中子以其中的原子弹,核裂变释放出的能量使热核装料加23523966可继续轰击新的U(或Pu),引发更多的新一代热达到高温,而且裂变释放的中子轰击LiD中的Li的核裂变,释放更大的
6、裂变能。这样铀核裂变一代产生T,然后产生的T与D发生热核聚变反应,释放6接一代的持续下去,形成裂变链式反应。每一代裂出巨大能量。在氢弹中烧掉1kgLiD,释放的能量-8变的时间极短(10秒),而且,裂变中子的增殖和可达4-5万吨TNT当量。在热核装料外还有一层238238裂变能的增长都非常快,因而在瞬间释放巨大能量U,聚变产生的快中子打到U上,可引起裂变,48化学教学2007年,第8期以增强热核爆炸的威力和辐射强度。(质量数只相差3个中子),因此只能采用物理分离其聚变反应为:方法。铀同位素分离的方法主要有三种:离心法、3D+D→He+N+3.27MeV扩散法
7、和电磁分离法。34D+He→He+p+18.35MeV1.2.1.1电磁分离法235238D+D→T+p+4.03MeV把天然铀(含U和U两种同位素)的气体化4D+T→He+n+17.59MeV合物(UF6)引入离子源,经气体放电形成离子,其中,p为质子,以上两组反应总的效果是:这些离子受电场作用后获得几乎相同的动能,然后46D→2He+2p+2n+43.24MeV引进与其运动轨道相垂直的磁场区域,它们受磁场上式表明:“烧掉”6个D核(12个核子)共放作用后沿圆形轨道运动,轻的离子半径小,重的离出43.24MeV能量,相当于每个核子平均放出子半径大。由于这两
8、种铀同位素化合物离子的质量2353.6MeV能量,而
