中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

Ming1989     2017-02-05     162     檢舉

2017年,國內各大軍事網站和軍事微信號被一則新聞刷屏「中國突破氮離子鹽世界首次科幻N2爆彈將實現」!

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

「N2炸彈」的威力

相關的新聞內容大致如下:

「還記得科幻作品裡面威力堪比核武器而沒有核污染的」N2爆彈」嗎?中國造出來了。南京理工大學化工學院胡炳成教授團隊近日成功合成世界首個全氮陰離子鹽,占領新一代超高能含能材料研究國際制高點。

相關研究論文27日發表在國際頂級期刊《科學》上,這也是我國在《科學》上發表的含能材料領域第一篇研究論文。

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

據南理工網站報道:

據南理工網站報道,此次合成的化合物含有全氮陰離子(N5-)。據相關論文,全氮類超高含能材料(炸藥)的能量可達3倍TNT以上,具備高密度、高能量、爆轟產物清潔無污染——爆炸產物為氮氣,無污染、穩定安全等特點。

全氮類物質的相關研究將直接推動超高含能材料的快速進步,相關材料的研製成功有望在炸藥、發射藥和推進劑領域產生驚人的發展。

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另據報道:

在世界範圍內,獲取全氮陰離子都是一個難題,自1772年從大氣中分離出來N2以後,直到1890年才發現第一種全氮離子N3-,此後相關研究止步不前。

直到1999年,美國空軍研究實驗室才首次合成呈線狀N5+陽離子,當時的研究目的是製造取代有毒的肼類火箭燃料的新型火箭燃料。

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南京理工大學胡丙成教授團隊這次成功合成出全氮陰離子鹽是這一領域的突破性成果。

理論上,全氮類物質的能量水平可達10^4~10^5焦耳/克級別,這相當於TNT炸藥的10~100倍,不僅可用於製造更大威力的炸藥、發射藥、推進劑,也有望用於製造不需核裂變起爆的「乾淨」氫彈,這幾乎就是我們前面剛剛提到的幻想中的「N2爆彈」!

筆者看了這則新聞,不僅啞然失笑。

為何?因為這則本來很有價值的軍工新聞,上來就被「對爆炸和軍工基本常識一知半解的記者」給直接帶到溝里去了!而且國內各大軍事論壇和不少軍事微信號也跟著人云亦云,原文轉發。而網上能指出這則新聞謬誤之處的更正文章幾乎沒有,傳來傳去,謬誤就將成為「常識」?

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

但武酷君很快就發現了這則消息「是有問題的」,筆者也就在此「加班」班門弄斧一番,說說這則新聞的「問題」,到底出在哪裡!

1、這則新聞,首先的謬誤之處,就在於混淆了影視科幻和現實的嚴謹軍事技術之間的界限,把科幻當作了現實,嚴重誤導了「廣大的軍事吃瓜群眾」!

原新聞中「還記得科幻作品裡面威力堪比核武器而沒有核污染的」N2爆彈」嗎?中國造出來了。上來的這第一句話,就把整個新聞帶歪了!

筆者要講科幻中的「沒有核污染的N2核炸彈」,仍然在科幻作品中,中國到目前為止仍然沒有造出來,美國、俄國也沒造出來!這次中國科學家造出來的N5離子鹽,根本就不是傳說中的「沒有核污染的清潔核彈」。

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

N5ˉ離子鹽PHAC的晶體結構圖

2、本次中國科學家造出的這種純氮離子鹽,仍然是一種常規的高能爆炸物成分和核爆炸,尤其是熱核爆炸仍然是八竿子打不著的東西。

報道這則新聞的記者,生拉硬拽一般的上來就把這則新聞和美國科幻片中的「清潔熱核彈」搭上關係,甚至提出「這種高能炸藥可以直接代替原子彈當做熱核武器的引爆段」的說法,是缺乏基本的物理和軍事科技常識!

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

某科幻動漫中的N2炸彈爆炸畫面

3、物理常識告訴我們,這個宇宙中只存在四種物體的相互作用,也就是常說的「力」——強力、弱力、電磁力和萬有引力。

而強力就是物質原子核內部的力——讓質子和中子結合成原子核的力!原子核結合的非常緊密,把物質的原子核強行分裂變小或者強行的合併成更大質量的原子核都會損失質量。

根據愛因斯坦的質能公式,損失的質量會轉變成巨大的能量釋放出來,這就是核爆炸。而核爆炸可以分為重核裂變導致的爆炸和輕核聚變導致的爆炸,對應的人造武器就是原子彈和氫彈。

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4、而任何常規化學爆炸,其對應的物理原理都是短時間內的化學反應過程,其根源是爆炸物質之間化學鍵的變化,即物質原子之間電子的迅速交換,其過程並不涉及爆炸物質原子核的任何變化。

爆炸完成後,也沒有新的元素產生(而核反應都會產生新的元素),因此這個過程說到底並不涉及質子和中子的任何變化,也就是不涉及四種力中的「強力,」只涉及電磁力——常規爆炸,說到底,其本質就是物質電磁力的釋放,只是這種釋放過程極端短促劇烈導致可見的爆炸。

由此可見,常規化學爆炸和核爆炸,物理的本質上就是完全不同的兩種類型。再強烈的常規化學爆炸和核爆炸相比仍然是小巫見大巫。這次中國科學家研製出的N5爆炸鹽,仍然是典型的組成高能化學炸藥的基本原料而已。

5、這種常規的純氮的N5炸藥真的能替換原子彈,作為氫彈這種熱核武器的引爆扳機嗎?核物理知識告訴我們——這根本是不可能的!

到目前為止,人類所有的熱核武器——氫彈和中子彈,其實都是裂變原子彈核和氫彈熱核材料的組合體。也就是說,核聚變導致的熱核爆炸,到目前為止都只能用原子彈這個第一級「扳機」來引爆,除此之外,別無它途。

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原子彈和氫彈模型

而三代核武器爆炸後的核污染,主要還是這個原子彈扳機造成,原子彈是裂變彈,裂變過程產生大量的中子——伽馬射線,這是對人體和生物最大的殺傷和沾染源。

而核聚變是輕核聚變,其過程產生的中子很少。雖然熱核聚變當量是核裂變釋放能量的數百到上千倍,但爆炸過後的核污染反倒不大。要爆炸氫彈就必須先用裂變彈引爆,這是人類到目前仍然無法造出「徹底乾淨的熱核彈」的最大障礙。

因此,武器專家一直想尋找一種可以替代原子彈扳機的新型爆炸物來引爆氫彈,這種爆炸物本身沒有中子污染,科幻片的純氮炸彈就是這種理想的武器。

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伽馬射線暴爆發瞬間

但是,物理常識告訴我們,任何非核爆炸都達不到引發熱核爆炸的最低要求!這個問題,中國的氫彈之父——于敏院士早在1965年已經計算的非常明確了!

引爆熱核爆炸,要求瞬間爆心溫度超過1500萬攝氏度,壓力超過上億大氣壓。這是任何化學炸藥都做不到的。從物理本質上說,電子交換的電磁力永遠達不到「強力」的能量級別,差的是10的十幾次方的能量級!

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于敏院士

6、常規炸藥只能作為原子彈的扳機,而不能作為氫彈的扳機。常規炸藥能做原子彈扳機的物理原理是用爆炸衝擊波壓縮濃縮鈾球體,使其超過裂變爆炸的最低臨界體積,而熱核爆炸的原理和裂變爆炸又不同。

熱核爆炸是用原子彈爆炸產生的高能X光來壓縮熱核物質,使其輕核可以組合成重核,然後瞬間持續反應。

也就是說,常規炸藥引爆原子彈是利用了常規炸藥爆炸產生的物理衝擊波。而原子彈爆炸引爆氫彈,主要是利用了原子彈爆炸初期瞬間產生的X光的輻射能量。兩者的物理原理也是有根本性的區別的。

常規炸藥的爆炸強度有個基本的測量指標,就是「爆速」,通俗點講就是爆炸發生開始瞬間爆炸物的膨脹速率。

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熱核爆炸

現在人類利用各種高科技手段已經完全可以測量常規爆炸的爆速,測量結果顯示,爆速越高的炸藥威力越大:

我們最常見的黑火藥——用硝石,木炭,和硫磺三種基本物質混合而成,人類已經發明了上千年,是最早的化學炸藥。黑火藥的爆速可以達到每秒2000米——3000米,也就是爆炸最初的一秒內可以把爆炸產生的氣體「迸出」2000米!實際可能炸不到這麼遠,這只是瞬間速度值!

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黑火藥

而當前應用最普遍的軍用炸藥TNT,也就是化學名的「三硝基甲苯」,爆炸瞬間的速率可以達到每秒8000米,和第一宇宙速度基本相當了!

凡是爆炸速率超過每秒8000米——10000米以上的炸藥都是高級炸藥,比如太恩、黑索金等高級軍用炸藥,這些高級炸藥造價昂貴,威力巨大,主要用作價值比較高的飛彈和核彈的戰鬥部裝藥,同等重量的裝藥爆炸威力一般是TNT的三倍以上。

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黑索金爆炸現場

而目前研製出的N5純氮爆炸鹽,最高爆速可以超過14000米每秒,幾乎是TNT爆速的2倍了!其實,比這個爆速更高的化學炸藥還有,這就是金屬氫,爆速可以到達15000米每秒,超過第二宇宙速度。這兩種物質,基本已經到了常規化學爆炸物的爆速極限。

爆速每提高一倍,那麼爆炸威力可能提高3次方到4次方,因此,N5和金屬氫的最高威力可以提高到TNT的十倍甚至到十幾倍。但是,目前人類發明的最強的常規炸藥也很難超過TNT爆炸威力的兩個數量級,也就是100倍以上。

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而引爆氫彈的並不是原子彈的爆速衝擊波,而是最早釋放出來的強力X光射線!原子彈爆炸造成的衝擊波爆速並不比常規化學爆炸高多少,而X光射線卻是光速的每秒30萬公里,這也解釋了為何原子彈扳機沒有把氫彈提前炸碎就能引爆成功的疑問,因為X光的速度,比衝擊波傳播的速度快的多!

要用常規炸藥直接引爆氫彈的熱核裝藥——氘化鋰,就需要常規炸藥爆炸也產生強烈的X光射線,但這是不可能的或者常規炸藥的爆速接近光速,這更是不可能的!

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

人類目前還沒有發現爆速達到20千米每秒以上的常規爆炸物,這和X光30萬公里每秒的速度差了一萬倍以上!而且廣義相對論告訴我們,任何宏觀物體都不可能達到或者接近光速,那樣時間就靜止了,甚至會毀滅宇宙!

宏觀物體,甚至要達到光速的一半都是不可能的。

從這個意義上說,最高等級的常規炸藥離達到引爆氫彈的程度,等級還差一萬倍以上,或者說的更直白一點:任何常規炸藥都不可能引爆氫彈,因為這違反基本物理常識,那些說N5可以引爆氫彈的說法,說白了就是扯淡。

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

7、我們經常提到動能武器和電磁武器是未來武器的方向,特別是天基動能武器,根本原因在於:動能武器的彈頭可以輕易的加速到比炸藥的爆速還高的宏觀速度,最強的化學炸藥爆速目前都不超過20千米每秒,而電磁炮和天基動能武器,彈頭都可以超過這個速度,這種高速下的彈頭,其實根本不用在內部裝炸藥,一旦命中,威力其實比常規爆炸還強大!

現在的KKV反飛彈頭、長杆穿甲彈等都是實心的彈頭,但命中後的破壞力不亞於爆炸,原因就在於這些彈頭的速度已經接近甚至超過了TNT的爆速。

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電磁炮

8、目前軍事上常用的常規炸藥有幾十種之多,並且還在不斷研製更高能的炸藥,但是化學炸藥總有爆速和威力的極限,並且要考慮研製和生產的成本。

N5純氮炸藥,說到底還是含氮炸藥的一個分支。而最常見的炸藥,從黑火藥到TNT,都是含「硝基」的炸藥,而「硝基」的基本成分,就是N氮元素。

目前應用廣泛的高能炸藥(比TNT強大),一般是鋁末混合炸藥,鋁的爆炸威力非常強大,達到TNT的三倍左右。鋁被磨成粉末,磨的越細小,爆炸威力越強大。而且超細的鋁粉可以直接用作固體火箭和飛彈的發射燃料。而且鋁粉也可以和其他種類的炸藥混合做成多基高能炸藥或者火箭、飛彈的發射藥,這種能力N5炸藥也具備。

我們小時候過年玩炮仗就知道「摻上電光藥的鞭炮」,要比純黑火藥的炮仗要響!這個「電光藥」其實主要成分就是鋁粉!

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

超細的鋁粉,國家是禁止隨便出口的,而且聯合國對朝鮮制裁的物品清單中也一直包括超細的鋁粉,這個在我們國家最近公布的對朝禁運物資清單中也有明確體現,就是為了限制朝鮮拿這種超級鋁粉作為炸藥和火箭發射藥。

如何生產超級精細的鋁粉,本身是炸藥工業的高科技,只有幾個軍事強國才能生產。

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鋁粉

9、這次中國科學家搞出N5純氮炸藥鹽能登上《科學》雜誌,顯然還是有一定的突破意義,(雖然完全達不到一些人吹噓的用來引爆氫彈的程度)。因為這畢竟是極端高能常規炸藥突破的一個大方向——核彈和核戰爭會毀滅全人類,在可見的未來,大國的軍備競爭仍然要以常規武器競賽為主,因此,最高端炸藥的研發和批量裝備就是一項極端重要的競爭內容了。

金屬氫炸藥雖然有更高的爆炸力,但不是一個突破的好方向,畢竟金屬氫的製備極其複雜昂貴,性能也不穩定,短時間內難以實戰化,至於那些:用金屬氫來熱核發電的說法,更是有常識性的錯誤——熱核發電的原料是氫的同位素氚,而不是什麼金屬氫。

中國研製的「N5炸彈」,真的能成為全球最清潔核彈?

這樣一來,N5炸藥的突破就是大國之間的競技場:一發榴彈就能炸沉一艘航母,畢竟是所有軍事大國的夢想,高端常規炸藥就是在往這個方向突破。