第二次世界大戰期間,由美國理論物理學家,羅伯特·歐本海默,所領導的曼哈頓計劃,成功製造出世界上第一顆原子彈,並在1945年7月16日進行首次試爆,美國最後以使用原子彈轟炸日本廣島及長崎,逼使日本無條件投降,結束第二次世界大戰。從原子彈出現的那一刻起,全球已進入原子能時代。原子彈威力難以想像,經過多年的發展,威力更得到提升,足以毀滅文明,到底為什麼會有如此大的威力?
世界上宏觀可見的物質主要由原子構成,原子中心包含一粒原子核,原子核由質子和中子組成,質子帶有正電荷,中子則不帶電。原子核中的質子數量,使其組成不同的元素,如氧含有8個質子、碳含有6個質子;而當中同一個元素,可以含有不同數量的中子,它們之間被稱作同位素,如碳-12含有6個質子和6個中子、碳-13含有6個質子和7個中子,即是碳-12和碳-13是同位素,它們的質子數相同,但中子數不同,同位素不僅質量不同,還可能有不同的穩定性。
因為質子帶有正電荷,在庫倫力的作用下,同性相斥,質子之間會互相排斥,而中子則透過強核力提供膠水般的作用,把質子黏在一起,抵銷質子間的斥力,維持原子核的穩定,所以說同位素之間存在不同的穩定性。雖說中子能增加原子核的穩定性,但中子並不是愈多愈好,太多中子造成比例失衡,也會增加不穩定性,每個元素都有其最佳穩定性的質子與中子的比例,如氧-16(8質子和8中子)、鐵-56(26質子和30中子)、鈾-238(92質子和146中子);而一般來說,質子數量愈大,其產生的斥力愈大,愈需要更多中子來維持穩定。
當有些重元素(質子和中子數量較多)不穩定時,其會有機會進行核分裂,將一個重原子核分裂成兩個較輕的原子核,同時釋放出中子和能量;而這核分裂釋出的能量,若能加以控制並運用,就能成為武器。一些易分裂材料如鈾-235就常被用來製作成原子彈,鈾-235在吸收中子後極易觸發裂變;當大量的鈾-235元素放在一起時,利用一顆中子撞擊其中一顆鈾-235原子核,就會驅使其進行核裂變,釋放出中子和能量,所釋放出的中子再去撞擊其他鈾-235原子核,核分裂就能不斷進行,形成劇烈的鏈式分裂反應,在短時間內釋放出巨大能量。
原子彈爆炸時,會在極短時間內釋放出多種形式的能量與物質。首先,爆炸中心形成一個極高溫的火球,溫度可達數百萬度,瞬間使周圍空氣劇烈膨脹,產生強大的衝擊波,摧毀建築物並造成大範圍破壞。其次,火球釋放出強烈的熱輻射,足以引燃可燃物並造成嚴重燒傷。爆炸瞬間還會伴隨大量的即時輻射,包括高能的 γ 射線(高能量輻射)和中子,對附近生物造成急性輻射傷害。若爆炸在地面或接近地面,火球會捲入大量塵土和碎片,這些物質與放射性裂變產物結合,形成放射性落塵,隨風飄散並沉降,造成長期的輻射污染。若在高空核爆時,還可能產生電磁脈衝,足以癱瘓電子設備和電力系統。
原子彈在現代軍事中通常不再以「單純炸彈」的形式存在,而是被設計成核彈頭,安裝在不同的投送載具上。這些載具主要分為三大類:海基、陸基和空基,合稱「核三位一體」。海基投送依靠潛艦發射彈道導彈,潛艦能在水下隱蔽航行,難以被偵測,具備高度的生存能力與突襲性。陸基投送則包括固定的導彈發射井,以及機動發射車,前者提供穩定與保護,後者則能在地面移動,增加靈活性與生存率。空基投送主要依靠戰略轟炸機,能攜帶核炸彈或巡航導彈,直接飛抵目標上空投放,並具備靈活的航線選擇。這三種方式各有優缺點:潛艦最隱蔽,陸基最穩定,空基最靈活。它們共同構成了核武器的投送體系,確保在任何情況下都能維持核威懾力。
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