第四代大规模杀伤性武器（WMD）简要概述

大规模杀伤性武器从成功研制至今已发展至第四代  虽然大多数还处在理论和试验阶段  但其威力与杀伤力已经深入人心   本帖将列举几种简要概述其基本理论及研发过程   仅供参考
      本帖简要概述的第四代大规模杀伤性武器主要有以下几种：1、反物质武器  2、金属氢武器  3、纯聚变弹  4、核同质异能素武器
      反物质武器：世界上的物质都是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由原子核以及围绕它旋转的电子构成的，而原子核是由质子和中子所构成的。科学家后来又发现，质子和中子是由更小的粒子所构成的，这种更小的粒子被称为夸克。迄今，科学家已发现了物质结构的5个层次，即“夸克→核子→原子核→原子→分子”，以及300多种基本粒子。大千世界无奇不有的物质，就是由多种多样的基本粒子构成的。科学家已经证明，构成世界万物的基本粒子都有一个反粒子——与自己“长得”一模一样但“秉性”相反的“镜像物”。比如，电子带负电、质子带正电，而带正电的电子和带负电的质子就是反粒子，前者称为反电子，后者称为反质子。像氢原子，就有由反质子和反电子组成的反粒子——反氢原子，而由反氢分子组成的反氢物质，就是氢物质的反物质。
      早在1928年，英国剑桥大学教授保罗·狄拉克就预言了带相反电荷粒子的存在。4年后，美国科学家卡尔·安德森发现了正电子——它是人们发现的第一个反粒子。其实我国在美留学生赵忠尧才是第一个观测到正反物质湮灭的人，也是物理学史上第一个发现了反物质的物理学家。1930年10月他在美国的《物理评论》杂志上发表一篇论文，这个发现足以使赵忠尧获得诺贝尔奖，当时瑞典皇家学会也曾郑重考虑过授予他诺贝尔奖。不幸的是，有一位在德国工作的物理学家对赵忠尧的成果提出了疑问，虽然后来事实证明赵忠尧的结果是完全准确的，错误的是提出疑问的科学家，但这却影响了赵忠尧的成果被进一步确认。后来，科学家又陆续发现了反质子、反中子，找到了反介子、反超子、反夸克等许许多多的反粒子。我国著名核科学家王淦昌教授领导的小组在1959年也发现了一种称为反西格马负超子的反粒子。
      世界万物都有“同性相斥、异性相吸”的共性。反物质也一样，它一旦遇上正物质，就与之“迅速结合、互相湮灭”。这种“湮灭”(annihilation)并非正反两种物质化为乌有而消失，实际上，它们的全部质量转变成能量释放了出来。按照著名的爱因斯坦质量能量关系式E=m·c^2可以计算出释放的能量：1毫克反物质“湮灭”放出的能量达到180兆焦耳，是普通炸药的100亿倍，比原子弹、氢弹的威力大得多。

反物质炸弹易于引爆。它不像原子弹那样必须达到临界质量，即使特别微小的质量也能造成爆炸：它也不像氢弹那样要求很高的爆炸点火温度。反物质炸弹还有一个很重要的优点，这就是它与原子弹、氢弹不同，爆炸后不残留放射性物质、不造成放射性污染。总之，反物质之所以被选来制造第四代核武器，主要原因有三：

①反物质武器能量密度高、爆炸威力大；

②反物质制造和利用的技术难度高、耗资大，一般国家不易掌握和实现，便于超级大国独自拥有；

③反物质武器虽然从性质上也属于核武器，但国际社会通常把它视作常规武器，因此不受禁止核试验条约的限制。

反物质武器炸药怎么制造?迄今为止，科学家还没有发现地球上有反物质存在，于是提出了两条获取反物质的途径：一是在实验室里制造，二是到宇宙中去寻找。
      金属氢武器：氢是最简单的元素，其原子由一个质子和一个电子组成。氢气在一定压力下可转化为固态结晶体，在室温下无需密封可保持很长时间并具有超导特性，这就是金属氢。固态金属氢材料具有广泛的应用前景：室温超导材料自1911年11月，荷兰莱顿大学实验物理学家昂尼斯发现汞在液氦的超低温（－269℃）下电阻变为零的超导现象以来，科学家们已发现了数千种超导体，但这些超导体电阻变为零的临界温度相当低，目前最好的“高温”超导体的临界温度仍为150K（－123℃），需用液氮冷却才能实际应用。某些物理学家预计，固态金属氢能在室温下无电阻地传导电流的特性将使其成为一种实用的室温超导材料。金属氢超导材料在军事领域的应用将是非常广泛的，如超导电磁推进系统、超导电磁炮、超导粒子束武器、大功率发动机、超导储能系统、超导计算机等等。轻型结构材料通过使用添加剂，可以把金属氢变得既稳定又坚固，具有密度小、强度高的特点。据科学家估算，其密度可能仅为0．7克/立方厘米，只有铝的密度的1/3、铁的密度的1/10，但其强度却是铁的2倍。如果用它来制造军用装甲车辆、战斗机等武器装备，肯定要比普通材料节省燃料，而且性能将会更佳。
高能清洁燃料固态金属氢能存储大量能量，且单位体积能量高。如果固态金属氢所存储的能量能慢慢地释放，就可用它代替汽油或其他运输燃料；如果能较快地释放，就可用它作火箭或弹药的推进剂，每千克固态金属氢所产生的推力相当于每千克液氢－液氧火箭燃料的5倍。用金属氢作推进剂的导弹、炮弹等武器体积将大大缩小，射程将会增大，威力也将更强。
金属氢武器如果固态金属氢中存储的化学能量能在短时间内全部释放出来，就会产生爆炸性的效果，这时金属氢就成为一种超高能炸药，可以作为大规模杀伤性武器使用。金属氢的爆炸威力相当于相同质量TNT炸药的25～35倍，是目前可以想象到的威力最强大的化学爆炸物。由于金属氢武器的爆炸威力可与核武器媲美，所以人们将它与干净的聚变弹、反物质武器、激光粒子束武器、核同质异能素武器等正在研制中的新机理武器一起称为第四代核武器。高效聚变燃料在激光惯性约束核聚变中，核燃料是氢的同位素氘－氚的混合物。若用固态金属氘－氚作燃料小球，由于其密度比其他形式（如气体或低温的普通固体）氘－氚混合物的密度高，在一定容积的靶室内可装更多燃料，因而可提高核聚变的效率，产生更多的聚变能。固态金属氘－氚核聚变燃料的使用将使未来核聚变反应堆的实用化和小型化成为可能，为聚变能早日进入人们社会生活领域和军事领域奠定物质基础。
      纯聚变弹：热核材料　核聚变反应一般只能在轻元素的原子核之间发生，如氢的同位素氘和氚，它 们原子核间的静电斥力最小，在相对较低的温度（近千万摄氏度）即可激发明显的聚变反应生成氦，而且反应释放出的能量大，一千克聚变反 应装药放出的能量约为核裂变的七倍。但在热核武器中不是使用在常温下呈气态的氘和氚。氘采用常温下是固态化合物的氘化锂，而氚则由核 武器进行聚变反应过程中由中子轰击锂的同位素而产生。1942年，美国科学家在研制原子弹过程中，推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃轻 核引起聚变，并以此制造威力比原子弹更大的超级弹。1952年1月，美国进行了世界上首次代号“迈克”的氢弹原理试验，爆炸威力超过1000万 吨当量，但该装置以液态氘作热核材料连同贮存容器和冷却系统重约65吨，不能作为武器使用，直到固态氘化锂作为热核装料的试验成功，氢 弹的实际应用才成为可能。中国于1966年12月28日成功进行了氢弹原理试验，1967年6月17日由飞机空投的300万吨级氢弹试验圆满成功。
      聚变反应　除了重原子核铀235、钚239等的裂变能释放核能外，还有另一种核反应，即轻原 子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时也能放出巨大能量。核聚变的原理是：在标准的地面温度下，物质的原子核彼此靠近的程度只能 达到原子的电子壳层所允许的程度。因此，原子相互作用中只是电子壳层相互影响。带有同性正电荷的原子核间的斥力阻止它们彼此接近，结 果原子核没能发生碰撞而不发生核反应。要使参加聚变反应的原子核必须具有足够的动能，才能克服这一斥力而彼此靠近。提高反应物质的温 度，就可增大原子核动能。因此，聚变反应对温度极其敏感，在常温下其反应速度极小，只有在1400万到1亿度的绝对温度条件下，反应速度才 能大到足以实现自持聚变反应。所以这种将物质加热至特高温所发生的聚变反应叫作热核反应，由此做成的聚变武器也叫热核武器。要得到如 此高温高压，只能由裂变反应提供。而纯聚变弹则是运用其他原理，不依靠核裂变起爆而产生核聚变反应造成杀伤效果。
      核同质异能素武器：质量数和原子序数相同、在可测量的时间内具有不同能量和放射性的两个或多个核素。对任何一种同位素而言，它可以具有不同的能量状态。根据量子力学理论，这些能量状态都是量子化的。最低的能量状态称为基态。而其它的能量状态称为激发态。当这个同位素处于某个激发态时，按照自然规律，它迟早要回到基态去。但是，某些激发态很特殊，同位素可以在该状态下 维持很长时间之后才回到基态去。这样的长寿命态称为同质异能态。从字面上理解即为，相同质子数不同的能量的状态。但“质”其实是指“同位素”。即“相同的核内质子数以及中子数，但不同的能量”的状态，称为 同质异能态 (isomeric state 或简写为 isomer)。
　　就某种同位素而言，它可能是处于基态，也可能是处于 它的某个 isomer。处在 isomer 的同位素，称为 该同位素的 “同质异能素”。
　　核同质异能素是第四代核武器关键能源之一，稳定的核同质异能素中含有最高激发能的为铪-178(178Hf2m)。
　　高能炸药能量的量级为lkJ／g，而核同质异能素大约是1GJ／g，比高能炸药的能量大一百万倍，其核裂变反应能量更大，达到80GJ／g。目前一些研究所正在系统研究核同质异能素的性质和释放能量的方法，例如美国和法国的有关研究所根据美国原战略防御计划局和北约签订的合同所进行的研究。通过重离子碰撞或惯性约束聚变中微爆炸产生的中子脉冲进行核合成，可得到核同质异能素。像金属氢一样，核同质异能素可作为“常规武器”，也可作为“干净”氢弹的扳机。
      本帖仅供参考      统战参谋大规模杀伤性武器从成功研制至今已发展至第四代  虽然大多数还处在理论和试验阶段  但其威力与杀伤力已经深入人心   本帖将列举几种简要概述其基本理论及研发过程   仅供参考
      本帖简要概述的第四代大规模杀伤性武器主要有以下几种：1、反物质武器  2、金属氢武器  3、纯聚变弹  4、核同质异能素武器
      反物质武器：世界上的物质都是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由原子核以及围绕它旋转的电子构成的，而原子核是由质子和中子所构成的。科学家后来又发现，质子和中子是由更小的粒子所构成的，这种更小的粒子被称为夸克。迄今，科学家已发现了物质结构的5个层次，即“夸克→核子→原子核→原子→分子”，以及300多种基本粒子。大千世界无奇不有的物质，就是由多种多样的基本粒子构成的。科学家已经证明，构成世界万物的基本粒子都有一个反粒子——与自己“长得”一模一样但“秉性”相反的“镜像物”。比如，电子带负电、质子带正电，而带正电的电子和带负电的质子就是反粒子，前者称为反电子，后者称为反质子。像氢原子，就有由反质子和反电子组成的反粒子——反氢原子，而由反氢分子组成的反氢物质，就是氢物质的反物质。
      早在1928年，英国剑桥大学教授保罗·狄拉克就预言了带相反电荷粒子的存在。4年后，美国科学家卡尔·安德森发现了正电子——它是人们发现的第一个反粒子。其实我国在美留学生赵忠尧才是第一个观测到正反物质湮灭的人，也是物理学史上第一个发现了反物质的物理学家。1930年10月他在美国的《物理评论》杂志上发表一篇论文，这个发现足以使赵忠尧获得诺贝尔奖，当时瑞典皇家学会也曾郑重考虑过授予他诺贝尔奖。不幸的是，有一位在德国工作的物理学家对赵忠尧的成果提出了疑问，虽然后来事实证明赵忠尧的结果是完全准确的，错误的是提出疑问的科学家，但这却影响了赵忠尧的成果被进一步确认。后来，科学家又陆续发现了反质子、反中子，找到了反介子、反超子、反夸克等许许多多的反粒子。我国著名核科学家王淦昌教授领导的小组在1959年也发现了一种称为反西格马负超子的反粒子。
      世界万物都有“同性相斥、异性相吸”的共性。反物质也一样，它一旦遇上正物质，就与之“迅速结合、互相湮灭”。这种“湮灭”(annihilation)并非正反两种物质化为乌有而消失，实际上，它们的全部质量转变成能量释放了出来。按照著名的爱因斯坦质量能量关系式E=m·c^2可以计算出释放的能量：1毫克反物质“湮灭”放出的能量达到180兆焦耳，是普通炸药的100亿倍，比原子弹、氢弹的威力大得多。

反物质炸弹易于引爆。它不像原子弹那样必须达到临界质量，即使特别微小的质量也能造成爆炸：它也不像氢弹那样要求很高的爆炸点火温度。反物质炸弹还有一个很重要的优点，这就是它与原子弹、氢弹不同，爆炸后不残留放射性物质、不造成放射性污染。总之，反物质之所以被选来制造第四代核武器，主要原因有三：

①反物质武器能量密度高、爆炸威力大；

②反物质制造和利用的技术难度高、耗资大，一般国家不易掌握和实现，便于超级大国独自拥有；

③反物质武器虽然从性质上也属于核武器，但国际社会通常把它视作常规武器，因此不受禁止核试验条约的限制。

反物质武器炸药怎么制造?迄今为止，科学家还没有发现地球上有反物质存在，于是提出了两条获取反物质的途径：一是在实验室里制造，二是到宇宙中去寻找。
      金属氢武器：氢是最简单的元素，其原子由一个质子和一个电子组成。氢气在一定压力下可转化为固态结晶体，在室温下无需密封可保持很长时间并具有超导特性，这就是金属氢。固态金属氢材料具有广泛的应用前景：室温超导材料自1911年11月，荷兰莱顿大学实验物理学家昂尼斯发现汞在液氦的超低温（－269℃）下电阻变为零的超导现象以来，科学家们已发现了数千种超导体，但这些超导体电阻变为零的临界温度相当低，目前最好的“高温”超导体的临界温度仍为150K（－123℃），需用液氮冷却才能实际应用。某些物理学家预计，固态金属氢能在室温下无电阻地传导电流的特性将使其成为一种实用的室温超导材料。金属氢超导材料在军事领域的应用将是非常广泛的，如超导电磁推进系统、超导电磁炮、超导粒子束武器、大功率发动机、超导储能系统、超导计算机等等。轻型结构材料通过使用添加剂，可以把金属氢变得既稳定又坚固，具有密度小、强度高的特点。据科学家估算，其密度可能仅为0．7克/立方厘米，只有铝的密度的1/3、铁的密度的1/10，但其强度却是铁的2倍。如果用它来制造军用装甲车辆、战斗机等武器装备，肯定要比普通材料节省燃料，而且性能将会更佳。
高能清洁燃料固态金属氢能存储大量能量，且单位体积能量高。如果固态金属氢所存储的能量能慢慢地释放，就可用它代替汽油或其他运输燃料；如果能较快地释放，就可用它作火箭或弹药的推进剂，每千克固态金属氢所产生的推力相当于每千克液氢－液氧火箭燃料的5倍。用金属氢作推进剂的导弹、炮弹等武器体积将大大缩小，射程将会增大，威力也将更强。
金属氢武器如果固态金属氢中存储的化学能量能在短时间内全部释放出来，就会产生爆炸性的效果，这时金属氢就成为一种超高能炸药，可以作为大规模杀伤性武器使用。金属氢的爆炸威力相当于相同质量TNT炸药的25～35倍，是目前可以想象到的威力最强大的化学爆炸物。由于金属氢武器的爆炸威力可与核武器媲美，所以人们将它与干净的聚变弹、反物质武器、激光粒子束武器、核同质异能素武器等正在研制中的新机理武器一起称为第四代核武器。高效聚变燃料在激光惯性约束核聚变中，核燃料是氢的同位素氘－氚的混合物。若用固态金属氘－氚作燃料小球，由于其密度比其他形式（如气体或低温的普通固体）氘－氚混合物的密度高，在一定容积的靶室内可装更多燃料，因而可提高核聚变的效率，产生更多的聚变能。固态金属氘－氚核聚变燃料的使用将使未来核聚变反应堆的实用化和小型化成为可能，为聚变能早日进入人们社会生活领域和军事领域奠定物质基础。
      纯聚变弹：热核材料　核聚变反应一般只能在轻元素的原子核之间发生，如氢的同位素氘和氚，它 们原子核间的静电斥力最小，在相对较低的温度（近千万摄氏度）即可激发明显的聚变反应生成氦，而且反应释放出的能量大，一千克聚变反 应装药放出的能量约为核裂变的七倍。但在热核武器中不是使用在常温下呈气态的氘和氚。氘采用常温下是固态化合物的氘化锂，而氚则由核 武器进行聚变反应过程中由中子轰击锂的同位素而产生。1942年，美国科学家在研制原子弹过程中，推断原子弹爆炸提供的能量有可能点燃轻 核引起聚变，并以此制造威力比原子弹更大的超级弹。1952年1月，美国进行了世界上首次代号“迈克”的氢弹原理试验，爆炸威力超过1000万 吨当量，但该装置以液态氘作热核材料连同贮存容器和冷却系统重约65吨，不能作为武器使用，直到固态氘化锂作为热核装料的试验成功，氢 弹的实际应用才成为可能。中国于1966年12月28日成功进行了氢弹原理试验，1967年6月17日由飞机空投的300万吨级氢弹试验圆满成功。
      聚变反应　除了重原子核铀235、钚239等的裂变能释放核能外，还有另一种核反应，即轻原 子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时也能放出巨大能量。核聚变的原理是：在标准的地面温度下，物质的原子核彼此靠近的程度只能 达到原子的电子壳层所允许的程度。因此，原子相互作用中只是电子壳层相互影响。带有同性正电荷的原子核间的斥力阻止它们彼此接近，结 果原子核没能发生碰撞而不发生核反应。要使参加聚变反应的原子核必须具有足够的动能，才能克服这一斥力而彼此靠近。提高反应物质的温 度，就可增大原子核动能。因此，聚变反应对温度极其敏感，在常温下其反应速度极小，只有在1400万到1亿度的绝对温度条件下，反应速度才 能大到足以实现自持聚变反应。所以这种将物质加热至特高温所发生的聚变反应叫作热核反应，由此做成的聚变武器也叫热核武器。要得到如 此高温高压，只能由裂变反应提供。而纯聚变弹则是运用其他原理，不依靠核裂变起爆而产生核聚变反应造成杀伤效果。
      核同质异能素武器：质量数和原子序数相同、在可测量的时间内具有不同能量和放射性的两个或多个核素。对任何一种同位素而言，它可以具有不同的能量状态。根据量子力学理论，这些能量状态都是量子化的。最低的能量状态称为基态。而其它的能量状态称为激发态。当这个同位素处于某个激发态时，按照自然规律，它迟早要回到基态去。但是，某些激发态很特殊，同位素可以在该状态下 维持很长时间之后才回到基态去。这样的长寿命态称为同质异能态。从字面上理解即为，相同质子数不同的能量的状态。但“质”其实是指“同位素”。即“相同的核内质子数以及中子数，但不同的能量”的状态，称为 同质异能态 (isomeric state 或简写为 isomer)。
　　就某种同位素而言，它可能是处于基态，也可能是处于 它的某个 isomer。处在 isomer 的同位素，称为 该同位素的 “同质异能素”。
　　核同质异能素是第四代核武器关键能源之一，稳定的核同质异能素中含有最高激发能的为铪-178(178Hf2m)。
　　高能炸药能量的量级为lkJ／g，而核同质异能素大约是1GJ／g，比高能炸药的能量大一百万倍，其核裂变反应能量更大，达到80GJ／g。目前一些研究所正在系统研究核同质异能素的性质和释放能量的方法，例如美国和法国的有关研究所根据美国原战略防御计划局和北约签订的合同所进行的研究。通过重离子碰撞或惯性约束聚变中微爆炸产生的中子脉冲进行核合成，可得到核同质异能素。像金属氢一样，核同质异能素可作为“常规武器”，也可作为“干净”氢弹的扳机。
      本帖仅供参考      统战参谋