核爆炸
核爆炸(英文:Nuclear explosion)是一些物质发生核裂变或聚变的连锁反应，瞬间释放出巨大的能量，形成高温高压并辐射出各种射线。核爆反应释放的能量远大于炸药爆炸释放的化学能，而且是在微秒时间内完成的。
核爆炸方式包括空中爆炸、地面(水上)爆炸和地下(水下)爆炸。主要的核武器有原子弹、氢弹、中子弹等。其中，核爆炸装置是依靠核装药中原子核的链式裂变或自持聚变反应，瞬间释放巨大能量，形成爆炸的装置，主要由核部件、爆炸系统、核点火部件和相应的结构部件组成。核试验被全面禁止后，人们用大规模计算机模拟试验代替实际的核爆炸试验。
核爆炸产生的辐射和放射性碎片对人体有害，根据人与人之间的距离和爆炸半径的不同，可能导致中到重度的皮肤灼伤、眼睛损伤、放射病、辐射诱发的癌症，甚至死亡。核爆炸也会对气候产生有害影响，持续数月至数年。卡尔·萨根(Carl Sagan)等人在1983年的一篇文章中声称，核战争可能会向大气中释放足够多的粒子，导致地球变冷，世界各地的农作物、动物和农业消失——这种效应被称为“核冬天”。
核爆原理 编辑本段
核爆的原理是核裂变链式反应产生的巨大能量引起的爆炸。它是由原子核裂变、核聚变(如氘、氚、锂的聚变)或两者的多级串联组合引起的连续反应，如原子弹、氢弹的爆炸。
每消耗一个中子，平均释放2.5()个新中子。这些新的中子可以引起其他的核裂变，释放出更多的中子。在核反应堆中，核链式反应被控制在平衡状态，即每次裂变只释放一个新的中子用于下一次裂变。在这种状态下，我们说中子倍增系数。如果中子倍增系统大于1，中子数呈指数增长，那么裂变率也呈指数增长。在没有任何控制机制的情况下，释放的热量最终会破坏链式反应系统。
在核爆炸装置引爆之前，裂变材料被分成几个亚临界块，以防止意外核爆炸。当用电雷管触发化学炸药爆炸时，亚临界块体被推向中心，达到临界值，连锁反应开始。TNT等一般化学炸药爆炸时释放的能量来自于化合物的分解反应。在这些化学反应中，碳、氢、氧、氮等的原子核没有发生变化，但原子之间的结合态发生了变化。核反应不同于化学反应。在核裂变或核聚变反应中，参与反应的原子核全部转化为其他原子核，原子也发生了变化，即原子核的反应和转化本质上是。核爆的发展过程大致可以用时间来区分。例如，用当量为20kt的空中核试验来说明发展过程。
当S，核反应过程，放出瞬间伽马辐射和中子。
当s时，抛射体燃烧到大约10⁶K，形成一个x射线火球，并继续释放伽马辐射和中子。
当S强闪光出现时，电磁脉冲基本结束，伽马辐射和中子继续发射，而光辐射发射，冲击波离开火球。
当S火球直径达到最大时，瞬时中子结束，γ辐射和光辐射继续发射，冲击波传播到0.25km。
S时，火球熄灭，光辐射结束，γ辐射微弱，冲击波传播到1.2km左右。
早期核辐射在S结束时，冲击波在10s内达到4km，强度很弱，接近声波，伤害消失。
当min时，烟云达到稳定高度。过了这段时间，烟云在高空风的作用下，向顺风方向漂移。
核爆类型 编辑本段
核武器
核武器是利用自持核裂变或聚变反应释放的能量产生爆炸，具有大规模杀伤和破坏作用的武器的总称。其中，核爆炸装置简称核装置。它是依靠核荷中原子核的链式裂变或自持聚变反应，瞬间释放巨大能量，形成爆炸的装置。用作武器的核装置与引爆控制系统一起构成核弹头。核装置通常由核部件、爆炸系统、核点火部件和相应的结构部件组成。核部件由核装料形成并适当组装。爆轰系统用于压迫或压实核裂变组件达到超临界状态，核点火组件及时产生点火中子，引发核裂变的链式反应。
核装置中的自持聚变反应是由核裂变的链式反应瞬间释放出高能量，使核聚变装药达到高温高压而引起的。核装置用于核试验时，不要求其结构能承受作为武器使用时遇到的恶劣环境，也不需要贯穿。
作为用作武器的核装置，既要考虑具有更大的威力，又要保持较高的安全性和良好的突防性能，还要注意外形对核弹外壳的适应性、操作使用的方便性和成本的低廉性。这种核装置的设计首先是物理设计，需要对其反应过程有透彻的了解，对其必要条件和各种物理参数有清晰的认识，有一个或几个假设方案的物理模型，用快速大容量的计算机进行模拟计算，对提出的方案进行调整使其最优，并通过反复的化学爆轰试验甚至局部核试验进行实际修改。其次是工程设计，要考虑结构强度、环境适应性、安全性、在壳体内的布置和维护使用的方便性，做相应的实验来修改和评估方案。最后，还要通过必要的核试验，检验给定的技术条件能否达到。
原子弹
氢弹
氢弹是利用轻核聚变反应释放的巨大能量造成杀伤和毁灭的核武器。因为轻核聚变反应需要在极高的温度下进行，所以氢弹也被称为热核武器。氢弹的主要部件是起爆装置和热核装药。雷管是由235铀、238铀、239钚等裂变材料制成的原子弹。其主要作用是引起聚变反应所需的极高温度，保证热核反应的顺利进行。热核电荷主要是氘化锂。比如美国也是世界上第一颗氢弹——“常春藤-迈克”，苏联第一颗氢弹RDS-6(Joe-4)。
中子弹
中子弹又叫增强辐射弹，是一种以聚变反应产生的大量高能中子为主要杀伤因素的战术核武器。中子弹一般采用小当量的原子弹作为引爆装置，铍作为中子反射层，氘氚作为核装药。所以，中子弹是一个小当量的氢弹。其特点是:中子产额高，能量高，早期核辐射效应增强；小当量；冲击波和光辐射的作用减弱；放射性污染程度较轻。
核爆模拟 编辑本段
核爆炸模拟是利用大型电子计算机进行的模拟实验，可以在一定程度上代替实际的核试验，即利用惯性约束聚变在实验室中进行核武器物理和核武器效应的研究。核爆炸模拟研究的目的是在全面禁止核试验后，继续以实验室研究的方式研究核武器的物理和效应，以保证库存核武器的安全性、可靠性和有效性，进一步提高核武器的性能，甚至发展核武器。
惯性约束聚变包括直接驱动和间接驱动。因为间接驱动方式和核武器的驱动方式很像，都是X射线辐射烧蚀驱动，不同的是X射线辐射的来源不同。前者依靠激光在重金属中转换的X射线辐射或Z箍缩装置产生的X射线辐射，后者依靠核武器初级提供的X射线引爆次级。因此，在核爆炸模拟中，通常采用惯性约束聚变的间接驱动方式来模拟核武器的物理过程。
在间接驱动中，强激光从圆柱形黑腔金靶的两端入射到腔壁上，立即形成一层高温低密度的薄金等离子体，称为电晕区。然后，激光继续撞击腔壁，在亚临界密度区，等离子体被逆轫致吸收和反常吸收加热，通过电子热传导传输到密度更高、温度更低的电子烧蚀区，转化为X射线。烧蚀区的这种力学状态是金等离子体发射X射线的最佳状态，X射线发射率最高。转换后的X射线能量被输送并沉积在靶丸外壳上，通过热辐射间接烧蚀外壳，产生内爆，压缩靶丸内的氘氚燃料，为热核聚变点火和燃烧创造条件，实现高增益。所以间接驱动有时也叫辐射驱动。
核武器是不可控的大威力热核爆炸，惯性约束聚变是可控的微热核聚变。它们只是性质相似，但在数量、器件配置、使用的材料上有很大的区别。所以核爆模拟间接驱动的靶设计和惯性约束聚变间接驱动的靶设计有很大不同。
主要影响 编辑本段
冲击波
核爆炸是一种能量密度很高的爆炸，瞬间释放出大量能量，产生高温高压，形成密度极高的“流体动力波前”，高速向四周推挤，与周围介质(一般是大气)产生“流体动力耦合”，产生波前非常陡峭的冲击波。在空气中爆炸时，冲击波的能量通常占总能量的50%左右。这样的高能冲击波向四周扩散，产生强烈的机械效应。
核爆炸的力学效应与一般爆炸相同，只是爆炸机理不同，不同的爆炸条件(高空爆炸、低空爆炸、地面爆炸、水下爆炸、地下爆炸等。)对爆炸能量分布有很大影响，而环境气象条件(温度、风力、湿度等。)和地形条件(山脉、丘陵、平原等。)对爆炸效果有影响。因此，在一般爆炸力学中使用理想条件下的解析计算方法时，会出现较大偏差，计算也较为复杂。工程上通常采用通过试验获得的经验设计计算方法。
热(光)辐射
光辐射是核爆炸时火球发出的光和热。核爆炸瞬间，释放出巨大的能量，在爆炸点造成上千万摄氏度的极高温度，从而发出耀眼的闪光；然后，炽热的爆炸残留物和周围的空气形成了一个炽热明亮的火球。在一定时间内，火球的表面温度可以保持在几千摄氏度以上。像太阳一样，它以光的形式放射出巨大的能量。当火球表面温度下降到2000摄氏度左右时，火球停止发光，变成一团烟雾。
核爆炸光辐射类似于阳光。它由可见光、紫外光和红外光组成。光辐射和普通光一样，在空气中以光速直线向外传播。遇到物体，一部分被反射，一部分被吸收。浅色和表面光滑的物体反射更多的光辐射，而深色和表面粗糙的物体吸收更多的光辐射。它的强度用光脉冲来表示。光冲量是指整个辐射时间内，火球在垂直于光的单位面积上投射的能量，单位为卡/平方厘米。光脉冲的大小主要由核爆炸当量、距爆炸中心的距离和爆炸方式决定。在其他条件相同的情况下，光冲量与爆炸当量成正比，随着距爆炸中心距离的增加，光冲量迅速减小。光辐射受气候条件的影响。冰雪能反射光辐射，可能使光脉冲增加40% ~ 90%；云、雨、雪可能使光冲动减弱20% ~ 30%；阴天云层下发生核爆炸，对地面目标的光冲量增加50%左右。
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