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反物质武器

2015-08-07 18:54:48 百度词条

  1986年首次发现反物质,由于极少量的物质同它的反物质相互作用,能够释放出极大的能量。可用作热核爆炸的扳机,或者激励出极强的X射线或γ射线激光,反物质研究成为目前各国研究的重点。它是目前核武器中最强、最重要的一种。美国费米国立加速器研究所,法国和瑞士合建的欧洲研究中心,俄罗斯高能物理研究所都在做此研究。中国的反物质研究所始于80年代初,由世界著名的核物理学家、反物质发现者赵忠尧担任技术顾问,因此西方称他为“中国反物质武器之父”。

  定义解析

  反物质

  宇宙是由物质构成的,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。反物质(antimatter)是由反粒子(antiparticle)构成的物质。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。中国古代学者就有“物分阴阳”之说,说来还是极有科学依据的。

  反粒子

  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。可惜的是,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。

  启发之源

  三大世纪之谜

  三大“世纪之谜”触发了美国“反物质武器之父肯尼斯·爱德华兹的研究激情。爱德华兹说,三大“世纪之谜”中最著名的当数通古斯大爆炸--1908年6月30日凌晨,俄罗斯西伯利亚通古斯地区的森林里,突然发生了一次史无前例的大爆炸。其威力相当于1000枚原子弹同时爆炸,数百平方公里内的城镇与森林在爆炸中被毁灭。科学界迄今仍无法解释这次爆炸的原因。

  另一次“世纪之谜”发生在1979年9月22日。当天,美国卫星拍到了西非沿海发生的一次强烈“核爆炸”。然而,当时只有美、苏、英、中等少数几个国家拥有核武器,西非发生核爆炸的原因迄今不明。

  第三次“世纪之谜”发生于1984年4月29日晚10点。当时,一架日本班机飞抵美国阿拉斯加上空,副机长突然发现,飞机前方突然出现了一团巨大的“蘑菇云”,急速向四周扩散……在这条航线上飞行的其他三架飞机的机长也同时看到了这一怪象。然而,这四架飞机降落后,机上人员和飞机机体上并没有发现任何放射性污染的痕迹。

  三大“世纪之谜”一直令科学界大惑不解,直到1986年科学界对反物质的研究有了突破性进展后,才有人提出:上述三次大爆炸可能是反物质发挥作用的结果。

  电脑模拟演习

  经过将近十年的研究,2009年9月爱德华兹当天主持了一次代号为“反物质特攻-2008”的电脑模拟演习:201X年,一名美军士兵携一枚反物质定时炸弹潜入C国首都,在市中心临近C国总参谋部大楼的公共厕所内安装好后从容撤出。

  军事行动开始后,反物质定时炸弹爆炸,C国总参谋部大楼和附属设施化为灰烬,而这名士兵所携的反物质炸弹只有五千万分之一克!随后,一枚反物质脉冲炸弹在C国电力和通信网络上空引爆,刹那间,该国的军事和社会活动彻底瘫痪……看得目瞪口呆的五角大楼高官惊叹:“几克重的反物质炸弹就能毁灭地球了!”

  谣言

  但也有人指出:网上流传的五千万分之一克摧毁大型设施,以及几克反物质摧毁地球纯属谣言,只是网络新闻为了增加关注度而编造出来的假消息。事实上五千万分之一克反物质湮灭在物理学中能释放180万焦耳的能量(包括被湮灭的同等的正物质的话,则会放出360万焦耳。物质内的所有贮存的内能等等,也会被释放出来,所以就实际而言,五千万分之一克反物质湮灭理应放出超过360万焦耳的能量)。而几克反物质湮灭并不比现在一颗中型战略核弹的威力要大。

  研发历史

  理论

  原子弹和氢弹是早已广为人知的核武器。美国于1945年在日本广岛和长崎投掷的2颗原子弹,在广岛投掷的代号为“男孩”的原子弹是利用铀核裂变反应释放的能量制造的炸弹,称为铀弹。在长崎投掷的代号为“胖子”的原子弹则是利用钚核裂变反应释放的能量制造的炸弹,称为钚弹。中国爆炸的第一颗原子弹,也是利用铀核裂变反应释放的能量制造的炸弹,故同为铀弹。它们都属于第一代核武器。几年后,氢弹试验成功。氢弹是利用轻核(氘、氚)聚变反应释放的能量制造的炸弹,具有更大杀伤力,属于第二代核武器。原子弹和氢弹有五大毁伤作用,即冲击波、光辐射、贯穿辐射、放射性污染和电磁脉冲。[1]

  后来根据战术的需要,增强或减弱核武器某方面的毁伤作用,武器专家开发出了第三代核武器。例如:增强辐射的核武器--中子弹,增强冲击波的核武器--冲击波弹,增强放射性污染的核武器--感生放射性弹,增强X射线的核武器--X射线弹,减少放射性沉降物的核武器--弱剩余放射性武器,等等。美国正在积极发展威力小于5000吨TNT当量、借助精确制导技术摧毁地下指挥部和武器库的钻地核弹,它也属于第三代核武器,为了适应新的形势、满足现代战争的需要,武器专家们又在动脑筋开发研究第四代核武器。

  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,它们的质量不会转变成能量完全释放。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18万兆焦耳,约等于43吨TNT当量。目前最大的核弹--苏联的“沙皇炸弹”约为5000万吨TNT当量,也仅相当于1.1千克反物质湮灭产生的能量。

  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。

  制造试验

  为了在实验室里制造反物质,科学家考虑,氢原子是构造最简单的原子,它的原子核中只有一个质子、核外只有一个电子,因此制造反氢原子相对容易。于是他们用粒子加速器使原子核与质子相撞,制造出反质子:从释放正电子的放射性衰变反应中收集正电子。

  制造反粒子的另一个难题,是如何安全地贮藏和保存它。科学家想出了用磁场“陷阱”来束缚反粒子的方法。即高速原子核和质子相撞产生反质子之后,用减速器将其速度降低到光速的1/10,然后用高能磁场做“陷阱”将其束缚起来,再用电场将其速度进一步降低下来。另一方面,科学家们也用电磁场“陷阱”来减速由放射性衰变收集来的正电子。最终,减速了的负质子和正电子在电磁场“陷阱”中结合,形成反氢原子。

  1995年,设想终于成为现实。世界上第一家反物质研制工厂一一位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心制造出了第一个反氢原子。在世界各地9个研究所39位科学家的通力合作下,到2002年底,已经制造出了约5万个反氢原子。但是反物质的产量离可使用量还有很大距离。

  宇宙搜寻

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