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中国突破氮离子盐世界首次科幻N2爆弹将实现

时间:2019-07-12 15:41:45        来源:

 2017年春节放假前,国内各大军事网站和军事微信号被一则新闻刷屏“国突破氮离子盐世界首次科幻N2爆弹将实现”!

相关的新闻内容大致如下:

“还记得科幻作品里面威力堪比核武器而没有核污染的”N2爆弹”吗?中国造出来了。南京理工大学化工学院胡炳教授团队近日成功合成世界首个全氮阴离子盐,占领新一代超高能含能材料研究国际制高点。相关研究论文27日发表在国际顶级期刊《科学》上,这也是我国在《科学》上发表的含能材料领域第一篇研究论文。

据南理工网站报道,此次合成的化合物含有全氮阴离子(N5-)。据相关论文,全氮类超高含能材料(炸药)的能量可达3倍TNT以上,具备高密度、高能量、爆轰产物清洁无污染——爆炸产物为氮气,无污染、稳定安全特点。全氮类物质的相关研究将直接推动超高含能材料的快速进步,相关材料的研制成功有望在炸药、发射药和推进剂领域产生惊人发展

另据报道,在世界范围内,获取全氮阴离子都是一个难题,自1772年从大气中分离出来N2以后,直到1890年,才发现第一种全氮离子N3-,此后相关研究止步不前。直到1999年,美国空军研究实验室才首次合成呈线状N5+阳离子,当时的研究目的是制造取代有毒的肼类火箭燃料的新型火箭燃料。

南京理工大学胡丙成教授团队这次成功合成出全氮阴离子盐是这一领域的突破性成果。理论上,全氮类物质的能量水平可达10^4~10^5焦耳/克级别,这相当于TNT炸药的10~100倍,不仅可用于制造更大威力的炸药、发射药、推进剂,也有望用于制造不需核裂变起爆的“干净”氢弹,这几乎就是我们前面刚刚提到的幻想中的“N2爆弹”!

笔者看了这则新闻,不仅哑然失笑。

为何?因为这则本来很有价值军工新闻,上来就被“对爆炸和军工基本常识一知半解的记者”给直接带到沟里去了!而且国内各大军事论坛和不少军事微信号也跟着人云亦云,原文转发;而网上能指出这则新闻谬误之处的更正文章几乎没有,传来传去,谬误就将成为“常识”?

笔者在此“加班”班门弄斧一番,说说这则新闻的“问题”,到底出在哪里!

1,这则新闻,首先的谬误之处,就在于混淆了影视科幻和现实的严谨军事IShu/ target=_blank class=infotextkey>技术之间的界限,把科幻当做了现实,严重误导了“广大的军事吃瓜群众”!——原新闻中“还记得科幻作品里面威力堪比核武器而没有核污染的”N2爆弹”吗?中国造出来了。——上来的这第一句话,就把整个新闻带歪了!

笔者要讲,科幻中的“没有核污染的N2核炸弹”,仍然在科幻作品中,中国到目前为止仍然没有造出来,美国、俄国也没造出来!这次中国科学家造出来的N5离子盐,根本就不是传说中的“没有核污染的清洁核弹”。

2,本次中国科学家造出的这种纯氮离子盐,仍然是一种常规的高能爆炸物成分,和核爆炸,尤其是热核爆炸仍然是八竿子打不着的东西;报道这则新闻的记者,生拉硬拽一般的上来就把这则新闻和美国科幻片中的“清洁热核弹”搭上关系,甚至提出“这种高能炸药可以直接代替子弹当做热核武器的引爆段”的说法,是缺乏基本的物理和军事科技常识!

3,物理常识告诉我们,这个宇宙中,只存在四种物体的相互作用,也就是常说的“力”——强力,弱力,电磁力和万有引力。

而强力就是物质原子核内部的力——让质子和中子结合成原子核的力!原子核结合的非常紧密;把物质的原子核强行分裂变小或者强行的合并成更大质量的原子核,都会损失质量,根据爱因斯坦的质能公式,损失的质量会转变成巨大的能量释放出来,这就是核爆炸;而核爆炸可以分为重核裂变导致的爆炸和轻核聚变导致的爆炸,对应的人造武器就是原子弹和氢弹。

而任何常规化学爆炸,其对应的物理原理,都是短时间内的化学反应过程,其根源是爆炸物质之间化学键的变化——即物质原子之间电子的迅速交换,其过程并不涉及爆炸物质原子核的任何变化;爆炸完成后,也没有新的元素产生(而核反应都会产生新的元素)——因此这个过程说到底,并不涉及质子和中子的任何变化,也就是不涉及四种力中的“强力,”只涉及电磁力——常规爆炸,说到底,其本质就是物质电磁力的释放,只是这种释放过程极端短促剧烈,导致可见的爆炸。

由此可见,常规化学爆炸和核爆咋,物理的本质上,就是完全不同的两种类型——再强烈的常规化学爆炸,和核爆炸相比仍然是——小巫见大巫——这次中国科学家研制出的N5爆炸盐,仍然是典型的组成高能化学炸药的基本原料而已。

5,这种常规的纯氮的N5炸药,真的能替换原子弹,作为氢弹这种热核武器的引爆扳机吗?核物理知识告诉我们——这根本是不可能滴!

到目前为止,人类所有的热核武器——氢弹和中子弹,其实都是裂变原子弹和氢弹热核材料的组合体。也就是说,核聚变导致的热核爆炸,到目前为止,都只能用原子弹这个第一级“扳机”来引爆,除此之外,别无他途。

而三代核武器爆炸后的核污染,主要还是这个原子弹扳机造成——原子弹是裂变弹,裂变过程产生大量的中子——伽马射线,这是对人体和生物最大的杀伤和沾染源;而核聚变是轻核聚变,其过程产生的中子很少;虽然热核聚变当量是核裂变释放能量的数百到上千倍,但爆炸过后的核污染反倒不大;要爆炸氢弹就必须先用裂变弹引爆,这是人类到目前仍然无法造出“彻底干净的热核弹”的最大障碍

因此,武器专家一直想寻找一种可以替代原子弹扳机的新型爆炸物,来引爆氢弹,这种爆炸物本身没有中子污染——科幻片的纯氮炸弹就是这种理想的武器。

但是,物理常识告诉我们,任何非核爆炸,都达不到引发热核爆炸的最低要求!这个问题,中国的氢弹之父——于敏院士早在1965年,已经计算的非常明确了!

引爆热核爆炸,要求瞬间爆心温度超过1500万摄氏度,压力超过上亿大气压。这是任何化学炸药都做不到的——从物理本质上说,电子交换的电磁力,永远达不到“强力”的能量级别!差的是10的十几次方的能量级!

6,常规炸药,只能作为原子弹的扳机,而不能作为氢弹的扳机;常规炸药能做原子弹扳机的物理原理是用爆炸冲击波压缩浓缩铀球体,使其超过裂变爆炸的最低临界体积;而热核爆炸的原理和裂变爆炸又不同。

热核爆炸,是用原子弹爆炸产生的高能X光,来压缩热核物质,使其轻核可以组合成重核,然后瞬间持续反应。

也就是说,常规炸药引爆原子弹,是利用了常规炸药爆炸产生的物理冲击波;而原子弹爆炸引爆氢弹,主要是利用了原子弹爆炸初期瞬间产生的X光的辐射能量。两者的物理原理,也是有根本性的区别的。

常规炸药的爆炸强度,有个基本的测量指标,就是“爆速”,通俗点讲,就是爆炸发生开始瞬间,爆炸物的膨胀速率。

现在人类利用各种高科技手段,已经完全可以测量常规爆炸的爆速,测量结果显示,爆速越高的炸药,威力越大:

我们最常见的黑火药——用硝石,木炭,和硫磺三种基本物质混合而成,人类已经发明了上千年;是最早的化学炸药;黑火药的爆速,可以达到每秒2000米——3000米——也就是爆炸最初的一秒内,可以把爆炸产生的气体“迸出”2000米!实际可能炸不到这么远,这只是瞬间速度值!

而当前应用最普遍的军用炸药TNT,也就是化学名的“三硝基甲苯”,爆炸瞬间的速率可以达到每秒8000米——和第一宇宙速度基本相当了!

凡是爆炸速率超过每秒8000米——10000米以上的炸药,都是高级炸药,比如太恩,黑索金等高级军用炸药,这些高级炸药,造价昂贵,威力巨大,主要用作价值比较高的导弹和核弹的战斗部装药;同等重量的装药,爆炸威力一般是TNT的三倍以上。

而目前研制出的N5纯氮爆炸盐,最高爆速可以超过14000米每秒,几乎是TNT爆速的2倍了!其实,比这个爆速更高的化学炸药还有,这就是金属氢,爆速可以到达15000米每秒,超过第二宇宙速度。这两种物质,基本已经到了常规化学爆炸物的爆速极限

爆速每提高一倍,那么爆炸威力可能提高3次方到4次方,因此,N5和金属氢的最高威力可以提高到TNT的十倍甚至到十几倍。但是,目前人类发明的最强的常规炸药,也很难超过TNT爆炸威力的两个数量级,也就是100倍以上。

而引爆氢弹的,并不是原子弹的爆速冲击波,而是最早释放出来的强力X光射线!原子弹爆炸造成的冲击波爆速,并不比常规化学爆炸高多少,而X光射线却是光速的——每秒30万公里,这也解释了为何原子弹扳机没有把氢弹提前炸碎就能引爆成功的疑问,因为X光的速度,比冲击波传播的速度快的多!

要用常规炸药直接引爆氢弹的热核装药——氘化锂,就需要常规炸药爆炸也产生强烈的X光射线,但这是不可能的;或者常规炸药的爆速,接近光速,这更是不可能滴!

人类目前还没有发现爆速达到20千米每秒以上的常规爆炸物,这和X光30万公里每秒的速度,差了一万倍以上!而且广义相对论告诉我们,任何宏观物体都不可能达到或者接近光速——那样时间就静止了,甚至会毁灭宇宙!

宏观物体,甚至要达到光速的一半,都是难以实现的。

从这个意义上说,最高等级的常规炸药,离达到引爆氢弹的程度,仅仅速度的等级就还差一万倍以上;或者说的更直白一点:任何常规炸药,都不可能引爆氢弹,因为这违反基本物理常识,那些说N5可以引爆氢弹的说法,说白了就是扯淡。

7,我们经常提到动能武器和电磁武器是未来武器的方向,特别是天基动能武器,根本原因在于:动能武器的弹头,可以轻易的加速到比炸药的爆速还高的宏观速度——最强的化学炸药爆速目前都不超过20千米每秒,而电磁炮和天基动能武器,弹头都可以超过这个速度,这种高速下的弹头,其实根本不用在内部装炸药,一旦命中,威力其实比常规爆炸还强大!

现在的KKV反导弹头,长杆穿甲弹等,都是实心的弹头,但命中后的破坏力不亚于爆炸,原因就在于其中一些弹头和目标的相遇速度(中段反导)已经接近了TNT的爆速。

8,目前军事上常用的常规炸药,有几十种之多,并且还在不断研制更高能的炸药,但是化学炸药总有爆速和威力的极限,并且要考虑研制和生产成本

N5纯氮炸药,说到底还是含氮炸药的一个分支;而最常见的炸药,从黑火药到TNT,都是含“硝基”的炸药,而“硝基”的基本成分,就是N氮元素;目前应用广泛的高能炸药(比TNT强大),一般是铝末混合炸药,铝的爆炸威力,非常强大,达到TNT的三倍左右;铝被磨成粉末,磨的越细小,爆炸威力越强大;而且超细的铝粉,可以直接用作固体火箭和导弹的发射燃料;而且铝粉也可以和其他种类的炸药混合,做成多基高能炸药或者火箭、导弹的发射药,这种能力,N5炸药也具备。

我们小时候过年玩炮仗,就知道“掺上电光药的鞭炮”,要比纯黑火药的炮仗要响!这个“电光药”,其实主要成分就是铝粉!

超细的铝粉,国家是禁止随便出口的,而且联合国对朝鲜制裁的物品清单中,也一直包括超细的铝粉,这个在我们国家最近公布的对朝禁运物资清单中也有明确体现,就是为了限制朝鲜拿这种超级铝粉作为炸药和火箭发射药。

如何生产超级精细的铝粉,本身是炸药工业的高科技,只有几个军事强国才能生产。

9,这次中国科学家搞出N5纯氮炸药盐,能登上《科学》杂志,显然还是有一定的突破意义,(虽然完全达不到一些人吹嘘的用来引爆氢弹的程度);因为这毕竟是极端高能常规炸药突破的一个大方向——核弹和核战争会毁灭全人类,在可见的未来,大国军备竞争仍然要以常规武器竞赛为主,因此,最高端炸药的研发和批量装备,就是一项极端重要的竞争内容了。

金属氢炸药,虽然有更高的爆炸力,但不是一个突破的好方向,毕竟金属氢的制备极其复杂昂贵,性能也不稳定,短时间内难以实战化。

这样一来,N5炸药的突破,就是大国之间的竞技场:一发榴弹就能炸沉一艘航母,毕竟是所有军事大国的梦想,高端常规炸药就是在往这个方向突破。

目前只有中美在N5高端炸药方面实现了突破,达到了“你有我有全都有”的暂时平衡,这才是值得炒作一番的。

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