我国第二代核武器小型化取得的第一个重大突破是掌握了气态助爆初级原理,其标志是1987年度国家科技进步特等奖“气态引爆弹装置的突破”,邓稼先和于敏分别为第一和第二获奖人。
美苏中等国最初的助爆裂变武器试验,用的是液体或者固体热核材料(低温液氘和液氚、固体氘化锂6或氘氚化锂6),与“气态助爆”并不是一回事。所谓“气态助爆”,即“在裂变材料芯的中央空腔内注入少量氘氚气体,利用氘氚聚变反应放出的大量中子大大增加裂变,从而提高裂变装料利用率和增大威力的一种内爆法。这种武器的原理是先用内爆使裂变系统达到超临界,由核点火部件(外中子源系统)放出中子引发链式裂变反应,利用裂变反应放出的能量使内爆压缩后的氘氚气体达到高温高密度,发生聚变反应放出大量高能中子,利用高能中子在裂变材料中的快速增殖大大增加裂变数,从而提高了裂变装料的利用率,增加了裂变威力。这种武器的反应过程经历裂变—聚变—裂变三个阶段。由于这种设计可以用低的裂变威力引发聚变反应,因此可减少用量、缩小武器体积,对武器小型化有重要意义。”(《国防科技名词大典核能》,航空工业出版社,2002,第490页)
早在70年代初,于敏就意识到初级小型化的重要性。他选定了小型化初级的类型,提出了主攻方向,对小型化的可能性和小型化的尺寸等都做了分析和粗估,并组织人进行了多年的深入研究和理论设计,正式进行了热试验。(就是武器点火试验)
热实验虽然取得了圆满成功,但是于敏的心中却非常沉重。他忧心忡忡,觉得这样的初级虽然小型化了,但是在性能上还存在一些严重的缺点,不适合武器化的要求,认为那时初级小型化采取的不是一条正确的技术途径。他与许多人讨论,指出问题之所在,提出自己的想法和建议,要求大家探索进一步改进初级的正确技术途径。大家对于敏的分析和意见非常赞成。在上海出差算题的人员,试算了许多物理模型,终于发现了一条新的改进初级的技术途径,对武器小型化大有裨益,正可解决于敏担心的问题。
从这里可以看出,中国第二代增强型最初使用的也是在钚核心中注入液体或者固体热核材料的技术方案,但是很明显,这种方案的可靠性和效率比较低,在实战中不能有效进行战备值班,也就说,这种技术方案做出来的核弹,无法装备部队。
需要指出的是,目前除了五个核大国之外的其他有核国家,无一例外地都停留在第二代增强型的水平上,至于使用的增强材料是何种形态,那就要看他们各自的水平了。
目前国际公认的有核国家包括:印度,巴基斯坦,以色列。另一个东亚邻国朝鲜也跨过了最初一代门槛,进入到增强型爆炸设计阶段,但根据其最近的试验结果来看,技术瓶颈已经出现,那就是增强设计上。
张信威院士回忆:“1979年后,……,一次我们几个去上海算题,发现了一种新型初级结构,我把初步计算结果写了个报告托人带回来交给老于(于敏),老于一眼看出它的重要性,……立即进行了相应的组织调整,……不长时间,三下五除二,干净利落,拿到了基本型,奠定了新型初级的基础。”(《于敏院士八十华诞文集》,原子能出版社,2006,第111页)
根据有关资料解密,1979年之前我国已经进行了小型化初级的核试验(可能是1978年3月15日和12月14日两次核试验),但是“性能存在一些严重缺点,不适合武器化的要求”。1979年后,又探索了新的技术方案,经过几次核试验(可能是1982年10月5日、1983年10月6日、1984年10月3日三次核试验)“逼近悬崖”,到1984年终于“二代轻舟已过桥”,掌握了气态助爆初级技术。
由此可见,先进(小型化)、可靠(“皮实”)的气态助爆初级技术是很难的,五个核大国都是经过多次核试验才掌握了这一技术(中国用了至少三次核试验)。库存核武器中问题出得最多的和禁核试后最担心出问题的也都是助爆初级,因此各核大国在核禁试后又采用了非核爆技术手段(如闪光x射线照相)继续进行研究,以确保库存核武器的安全可靠。
1998年5月11日,印度声称进行的助爆裂变初级“”武器试验当量为约45万吨,而外界从地震波推测的试验当量为2230万吨,认为助爆初级工作正常,但次级失败。同年5月28日,巴基斯坦声称进行的助爆裂变武器试验当量为约25万吨,而外界从从地震波推测的试验当量为几千吨。2016年1月6日,朝鲜声称成功进行了一次“小型化”试验。以技术难度排序,固体或液体助爆裂变武器lt百万吨当量lt小型化气态助爆裂变武器lt小型化。朝鲜这次核试验的当量为1万吨左右,显然不符合百万吨当量。朝鲜的核武器技术尚处于比较低级的阶段,不可能通过一次核试验就完全掌握小型化的气态助爆技术,况且尚无证据表明朝鲜已经提取出了试验所需的氚(宁边有一个疑似的氚同位素分离设施在建中)。朝鲜此次试验的可能是使用固体氘化锂6的助爆裂变装置,与中国的第三次核试验(1966年5月9日)类似。不同的是,中国的那次核试验当量为2030万吨,而朝鲜此次核试验的当量只有1万吨左右,比其第三次纯裂变武器试验的当量还小。朝鲜此次平洞核试验的埋深约700米,超过前三次平洞核试验的埋深(300500米),外界推测朝鲜原本预想要进行一次较大当量的核试验(比如印度和巴基斯坦声称的23万吨),但并没有取得完全成功。从上述印度、巴基斯坦和朝鲜核试验情况来看,这三国都只做过一次助爆裂变核试验(不确定是否是气态助爆),其中印度基本成功,巴基斯坦和朝鲜可能不完全成功。综上所述可以推断,目前仅有五个核大国完全掌握了小型化的气态助爆技术。
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