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《学术论文写作》课程论文

关于核武器的研究

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南京航空航天大学
二О一二年四月九日
关于核武器的研究
摘要：核武器是二十世纪出现的人类的全新的武器。核武器的出现对军事领域产生了深远的影响。由于其强大的威力，对于一个国家有重要的战略意义。
核武器包括原子弹、氢弹、中子弹、冲击波弹、核电磁脉冲弹等多种类型。核武器爆炸后，在微秒级时间里释放出巨大的能量。核武器的毁伤效应可归纳为五个方面，即：（1）光辐射；（2）冲击波；（3）早期核辐射；（4）核电磁脉冲；（5）放射性沾染。本文主要介绍了核武器的基本类型、核爆炸的基本特点、核爆炸的光辐射和冲击波毁伤效应。
关键词：核武器；核爆炸；光辐射；冲击波毁伤
New Research about Nuclear Weapons
Abstract: Nuclear weapons appeared in the twentieth century as a human new weapon. The appearance of nuclear weapons has a far-reaching influence on military field. Due to these powerful powers, they have important strategic significances for a country. Nuclear weapons include atomic bomb, hydrogen bomb, neutron bomb, shock weapon, electromagnetic magnetic weapon(EMP) esc.
Keywords: Nuclear weapons; Nuclear explosion; Optical radiation; Shock wave mutilate
1核武器概述
1.1核武器原理
利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量，产生爆炸作用，并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235(U-235) 或钚239(239Pu)等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器，通常称为原子弹;主要利用重氢(D，氘 {dāo})或超重氢(T，氚 {chuān})等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器，通常称为氢弹。
煤、石油毒素矿物燃料燃烧时释放的能量，来自碳、氢、氧的化合反应。一般化学炸药如梯恩梯（TNT）爆炸时释放的能量，来自化合物的分解反应。在这些化学反应里，碳、氢、氧、氮等原子核都没有变化，只是各个原子之间的组合状态有了变化。核反应与化学反应则不一样。在核裂变或核聚变反应里，参与反应的原子核都转变成其他原子核，原子也发生了变化。因此，人们习惯上称这类武器为原子武器。但实质上是原子核的反应与转变，所以称核武器更为确切。
　　核武器爆炸时释放的能量，比只装化学炸药的常规武器要大得多。例如，1千克铀全部裂变释放的能量约8×10^13焦耳，比1千克TNT炸药爆炸释放的能量4.19×10^6焦耳约大2000万倍。因此，核武器爆炸释放的总能量，即其威力的大小，常用释放相同能量的TNT炸药量来表示，称为TNT当量。美、俄等国装备的各种核武器的TNT当量，小的仅1000吨，甚至更低，目前已有微型核武器，爆炸当量在几十吨；大的达1000万吨，前苏联曾试爆过5000万吨当量的氢弹。
核武器爆炸，不仅释放的能量巨大，而且核反应过程非常迅速，微秒级的时间内即可完成。因此，在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度，加热并压缩周围空气使之急速膨胀，产生高压冲击波。地面和空中核爆炸，还会在周围空气中形成火球，发出很强的光辐射。核反应还产生各种射线和放射性物质碎片；向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用，造成电流的增长和消失过程，其结果又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征，使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。核武器的出现，对现代战争的战略战术产生了重大影响。
核武器系统，一般由核战斗部、投射工具和指挥控制系统等部分构成，核战斗部是其主要构成部分。核战斗部亦称核弹头，并常与核装置、核武器这两个名称相互代替使用。实际上，核装置是指核装料、其他材料、起爆炸药与雷管等组合成的整体，可用于核试验，但通常还不能用作可靠的武器；核武器则指包括核战斗部在内的整个核武器系统。
1.2核武器历史发展
核武器的出现，是20世纪40年代前后科学技术重大发展的结果。1939年初，德国化学家O.哈恩和物理化学家F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。几个星期内，许多国家的科学家验证了这一发现，并进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件，从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。但是，同历史上许多科学技术新发现一样，核能的开发也被首先用于军事目的，即制造威力巨大的原子弹，其进程受到当时社会与政治条件的影响和制约。从1939年起，由于法西斯德国扩大侵略战争，欧洲许多国家开展科研工作日益困难。同年9月初，丹麦物理学家N.H.D.玻尔和他的合作者J.A.惠勒从理论上阐述了核裂变反应过程，并指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀235。正当这一有指导意义的研究成果发表时，英、法两国向德国宣战。1940年夏，德军占领法国。法国物理学家J.-F.约里奥-居里领导的一部分科学家被迫移居国外。英国曾制订计划进行这一领域的研究，但由于战争影响，人力物力短缺，后来也只能采取与美国合作的办法，派出以物理学家J.查德威克为首的科学家小组，赴美国参加由理论物理学家J.R.奥本海默领导的原子弹研制工作。在美国，从欧洲迁来的匈牙利物理学家齐拉德·莱奥首先考虑到，一旦法西斯德国掌握原子弹技术可能带来严重后果。经他和另几位从欧洲移居美国的科学家奔走推动，于1939年8月由物理学家A.爱因斯坦写信给美国第32届总统F.D.罗斯福，建议研制原子弹，才引起美国政府的注意。但开始只拨给经费6000美元，直到1941年12月日本袭击珍珠港后，才扩大规模，到1942年8月发展成代号为“曼哈顿工程区”的庞大计划，直接动用的人力约60万人，投资20多亿美元。到第二次世界大战即将结束时制成3颗原子弹，使美国成为第一个拥有原子弹的国家。制造原子弹，既要解决武器研制中的一系列科学技术问题，还要能生产出必需的核装料铀235、钚239。天然铀中同位素铀235的丰度仅0.72%，按原子弹设计要求必须提高到90%以上。当时美国经过多种途径探索研究与比较后，采取了电磁分离、气体扩散和热扩散三种方法生产这种高浓铀。供一颗“枪法”原子弹用的几十千克高浓铀，是靠电磁分离法生产的。建设电磁分离工厂的费用约3亿美元（磁铁的导电线圈是用从国库借来的白银制造的，其价值尚未计入）。钚239要在反应堆内用中子辐照铀238的方法制取。供两颗“内爆法”原子弹用的几十千克钚239，是用3座石墨慢化、水冷却型天然铀反应堆及与之配套的化学分离工厂生产的。以上事例可以说明当时的工程规模。由于美国的工业技术设施与建设未受到战争的直接威胁，又掌握了必需的资源，集中了一批国内外的科技人才，使它能够较快地实现原子弹研制计划。德国的科学技术，当时本处于领先地位。1942年以前，德国在核技术领域的水平与美、英大致相当，但后来落伍了。美国的第一座试验性石墨反应堆，在物理学家E.费密领导下，1942年12月建成并达到临界；而德国采用的是重水反应堆，生产钚239，到1945年初才建成一座不大的次临界装置。为生产高浓铀，德国曾着重于高速离心机的研制，由于空袭和电力、物资缺乏等原因，进展很缓慢。其次，A.希特勒迫害科学家，以及有的科学家持不合作态度，是这方面工作进展不快的另一原因。更主要的是，德国法西斯头目过分自信，认为战争可以很快结束，不需要花气力去研制尚无必成把握的原子弹，先是不予支持，后来再抓已困难重重，研制工作终于失败。
　　1945年5月德国投降后，美国有不少知道“曼哈顿工程”内幕的人士，包括以物理学家J.弗兰克为首的一大批从事这一工作的科学家，反对用原子弹轰炸日本城市。当时，日本侵略军受到中国人民长期抗战的有力打击，实力大大削弱。美、英在太平洋地区的进攻，又几乎全部摧毁日本海军，海上封锁使日该国内的物资供应极为匮泛。二战通过硫磺岛一战，美国估计要彻底打垮日本，在日本本土登陆，至少还要付出100万美军的牺牲。这样沉重的包袱美国背不起。也不想背，用原子弹是最好的方式。美国于8月6日、9日先后在日本的广岛和长崎投下了仅有的两颗原子弹，代号分别为“小男孩”和“胖子”。（史料记载，美国在日本投下的原子弹有3颗，实际爆炸的是小男孩 和胖子 ，第3颗因为技术原因没能爆炸，被日军回收，原本日本也要发展原子弹，但研究设施在美军轰炸中毁坏，于是把原子弹以一定条件转让给苏联，苏联根据这颗原子弹的设计在短时间内设计出了苏联的第一颗原子弹）苏联在1941年6月遭受德军入侵前，也进行过研制原子弹的工作。铀原子核的自发裂变，是在这一时期内由苏联物理学家Г。Н.弗廖罗夫和Κ。А.佩特扎克发现的。卫国战争爆发后，研制工作被迫中断，直到1943年初才在物理学家И。В.库尔恰托夫的组织领导下逐渐恢复，并在战后加速进行。1949年8月，苏联进行了原子弹试验。1950年1月，美国总统H.S.杜鲁门下令加速研制氢弹。1952年11月，美国进行了以液态氘为热核燃料的氢弹原理试验，但该实验装置非常笨重，不能用作武器。1953年8月，苏联进行了以固态氘化锂6为热核燃料的氢弹试验，使氢弹的实用成为可能。美国于1954年2月进行了类似的氢弹试验。英国、法国先后在50和60年代也各自进行了原子弹与氢弹试验。
中国在开始全面建设社会主义时期，基础工业有了一定的发展，即着手准备研制原子弹。1959年开始起步时，国民经济发生严重困难。同年6月，苏联政府撕毁中苏在1957年10月签订的关于国防新技术协定，随后撤走专家，中国决心完全依靠自己的力量来实现这一任务。中国首次试验的原子弹取"596"为代号，就是以此激励全国军民大力协同做好这项工作。1964年10月16日，首次原子弹试验成功。经过两年多，1966年12月28日，小当量的氢弹原理试验成功；半年之后，于1967年6月17日成功地进行了百万吨级的氢弹空投试验。中国坚持独立自主、自力更生的方针，在世界上以最快的速度完成了核武器这两个发展阶段的任务。1945年8月6日和9日，在第二次世界大战结束的前夕，美国空军在日本的广岛和长崎接连投掷了两枚原子弹。这场人类有史以来的巨大灾难，造成了10万余日本平民死亡和8万多人受伤。原子弹的空前杀伤和破坏威力，震惊了世界，也使人们对以利用原子核的裂变或聚变的巨大爆炸力而制造的新式武器有了新的认识。目前，人们通常所说的核武器是指利用原子核的裂变或聚变所产生的巨大能量和破坏力制造的具有巨大杀伤力的武器，即指利用能自行维持原子核裂变或聚变链式反应瞬间释放的能量产生爆炸作用，并具有大规模杀伤破坏效应的武器。裂变核武器的基本原理是使一定量的铀—235或钚—239从亚临界态向超临界态转变，也就是使核装置产生中子的速度大于中子从核装置逸出的速度。有两种方法可以实现这种转变：一种方法是把核装置分成两部分，而每一部分都小到不足以具有中子正增殖率，然后用炮式设备把两部分击成一块；另一种方法是用烈性化学炸药包住处于亚临界态的球形核装置，通过引爆将核装置压成超临界态。聚变核武器是使氢的同位素氘或氚化锂这类热核燃料中产生起爆条件，用裂变核弹的方法使核武器中的热核燃料具有10000000—20000000℃高温，从而引起核聚变。
原子弹和氢弹通常以千吨或兆吨梯恩梯（TNT）当量作为单位来表示。如1945年美国投在广岛的裂变核弹，不到50公斤的铀释放出来的能量相当于2万吨化学炸药。各种聚变核弹即热核弹（氢弹），其威力最高可达60兆吨。据计算，在核武器爆炸时，1公斤铀—235全部裂变释放的能量相当于2万吨TNT释放的能量，而1公斤氘和氚的混合物完全聚变时放出的能量大约是1公斤铀—235完全裂变所放出能量的3—4倍。
1.3核武器分类
（一）核武器从释放能量原理的角度划分，可以分为裂变核武器与聚变核武器：
1.裂变核武器（原子弹）
一个重原子核（如铀235，钚239）分裂为质量相接近的两个或几个较轻的原子核，称为核裂变。利用铀235或钚239原子核的自持裂变链式反应原理制成的核武器，称为裂变核武器，通常称为原子弹。
平时，原子弹中的铀235和钚239裂变装料处于次临界状态，不会产生核爆炸。起爆时利用常规炸药爆炸使次临界状态的裂变装料在瞬间达到超临界状态，产生自持裂变链式反应并将反应能量以爆炸形式瞬间释放出来。
按起爆方式，原子弹可分为枪式和内爆式两种。前者的核装药由若干块处于亚临界的铀235或钚239组成。化学炸药爆炸使其合拢，达到超临界状态，实现核爆炸。后者是利用化学炸药爆轰，通过内爆压缩处于亚临界状态的裂变材料，使其密度加大而达到超临界状态，实现核爆炸。
2.聚变核武器（热核武器，氢弹）
轻原子核相遇，聚合成为较重的原子核，称为核聚变。聚变反应必须在极高温度（几千万度）下才能发生，因此又称为热核反应。聚变反应释放的能量高于裂变反应，1千克氘（符号：D）、氚（符号：T）混合物完全聚合释出的能量是1 千克铀235裂变能量的四倍多。
利用氢的同位素氘、氚等轻原子核的聚变反应原理制成的核武器称为热核武器或聚变武器，通常称为氢弹。目前热核反应的条件只能由原子弹爆炸来提供。因此目前氢弹都用原子弹作为引发聚变反应的“扳机”，又称为“初级”。氢弹内发生热核反应并用高能中子诱发重核裂变的部分称为氢弹主体，又称次级。氢弹的初级和次级按特定的组合方式装在同一弹壳内。
3.中子弹（加强辐射弹）
　 以高能中子为主要杀伤因素而相对减弱冲击波和光辐射效应的核武器，称为中子弹，或“加强辐射弹”，或“弱冲击波强辐射弹”。
中子弹是一种小型、低当量氢弹，它以氘和氚为聚变材料，以尽可能低的核裂变当量弹为“扳机”，使其中子辐射大大增强，冲击波、光辐射和放射性沾染均相对减弱。据测算，1 枚当量为1千吨的中子弹，在150米高度爆炸时，其瞬时核辐射杀伤半径可达800米，对坦克乘员的杀伤相当于1枚当量为1万吨的原子弹，而冲击波对建筑物的破坏半径约为550米，不及该原子弹的1／2。
中子弹扳机的特点是利用较少裂变材料就能放出较多能量以满足氘氚聚变反应所需的高温。其技术关键一般说来是：用临界质量小的钚239代替铀235，使装料减少到1／3；在裂变扳机中加入少量氘氚混合物。中子弹爆炸过程大致如下：首先是化学炸药爆炸引发钚239的裂变反应；然后钚239的裂变反应引发“扳机区”氘氚混合物的聚变反应，产生大量高能中子，促进钚239的裂变，放出更多中子并进一步提高“扳机区”的温度。此过程称为“中子反馈”；中子弹用的此种扳机称为“加强原子弹”；最后裂变反应产生的高温高压引发聚变材料区氘氚的聚变反应。
中子弹是一种战术核武器，能有效地杀伤人员和对付装甲集群目标，其对建筑物和武器装备的破坏作用很小，放射性沾染也很轻。适合于本土防御作战使用。
（二）核武器从作战使用目的角度划分，可以分为战略核武器、战术核武器与战区核武器；从运载（投送）方式角度分类，可以分为核导弹、核航弹、核炮弹、核深水炸弹、核地雷、核鱼雷、核水雷等：
核导弹是装有核弹头的导弹，可从陆上、空中、水面、水下发射。按照其作战使用目的可分为战略核导弹和战术核导弹两类。
核航弹是装有核装置的炸弹，一般由飞机投掷并利用降落伞减速保证投弹飞机的安全。世界上仅有的实战使用核武器就是1945年8月美国投放在日本广岛和长崎的两枚核航弹。
核炮弹是用火炮发射的核装药炮弹，常作为战术核武器使用。例如美国XM一785型155毫米榴弹炮的核弹头，威力为2000吨TNT当量。
核地雷是装核装药的地雷，用于打击集群装甲目标，可在敌主攻方向的狭窄地段炸出大坑，形成大面积污染，遏制敌坦克、机械化部队的进攻。一枚2000吨当量的核地雷可摧毁距爆心200米范围内的坦克和260米范围内的装甲车。
核鱼雷是装有核装置的鱼雷，由潜艇携带，用于攻击大型水面舰艇、舰队、商船队及港口、基地、大型海岸工程等目标。美国MK一48一5鱼雷就有核装药型。
核深水炸弹（核深弹）是装有核装置，用于攻击潜艇等水下目标的炸弹。一枚1万吨TNT当量的核深弹在水下爆炸可将距离1千米以内的潜艇击沉或严重破坏。美国核深弹仍在服役。
核水雷是装有核装药的水雷，用于毁伤敌方舰船或阻碍其行动。1～2万吨的核水雷爆炸能使700～1400米处的舰船遭到中度损伤。
（三）几种国外拟研制、发展的核武器
1．核定向能武器
以核爆炸能作为动力源的定向能武器，称为核定向能武器。这类武器利用核弹释放的巨大能量激励或驱动产生高能的激光束、粒子束、电磁脉冲、等离子体等，并使其定向发射，固而可有选择地攻击目标，能量也更集中，具有可控的特殊杀伤破坏目的。
核定向能武器主要有以下几种：
（1）核激励X射线激光器
用核爆炸产生的巨大能量激励激光工作物质，使其产生X射线激光的装置，称为核激励X射线激光器，这种激光器的机理试验已在80年代中期进行，目前尚未制成武器系统。这种激光器若能研制成功，则将具有重量轻、可瞬时发射等优点。它只能在高空使用，其可能的用途是摧毁来袭的大规模齐射核导弹，也可能用于打击天基平台。
（2）核电磁脉冲弹
利用在大气层以上的核爆炸，使之产生大量定向或不定向的强电磁脉冲，以毁坏敌方的通信系统等的核武器，称为核电磁脉冲弹，或EMP弹。它是美国正在研究发展的“第三代核武器”的一个重要组成部分，尚处于探索、预研阶段。
其作用可举例如下：一枚威力为百万吨TNT当量的普通氢弹在高空爆炸，在其所能覆盖的地球表面上（爆高为400千米的核爆炸，其覆盖半径为2200千米），最大的电场强度可达1～10万伏／米，频谱主要范围为1万至1亿赫兹。这样强的电磁脉冲作用到电子系统、设备、通信系统中，可产生很高的瞬时感应电压与电流，从而造成毁坏或瞬时电磁干扰。
2．其它核武器
（1）冲击波弹
一种以冲击波效应为主要杀伤破坏因素的特殊性能氢弹。其确切名称是减少剩余放射性弹，简称RRR弹。
1980年，美国宣布已研制成功冲击波弹，并称这种弹的放射性沉降要比同威力纯裂变武器降低一个数量级以上，且光辐射破坏效应也显著减少。
冲击波弹的杀伤破坏作用与常规武器相近，能以地面或接近地面的核爆炸摧毁敌方坚固的军事目标，且产生的放射性沉降较少；爆后不久，己方部队即可进入爆区。因此，比较适合在战场上使用。
（2）感生放射性弹
利用核爆炸释放的中子照射某些添加的核素（如钴一59，或锌一64），感生大量半衰期较长的放射性同位素，从而增强放射性沾染的核武器。
1.4世界各国核武器状况
目前得到国际社会认可的有核国家是美国、俄罗斯、英国、法国和中国，5国的核地位是在特定历史条件下形成的。冷战刚结束，白俄罗斯、乌克兰、哈萨克斯坦、南非等一批国家都主动放弃现有核武器及核武器发展计划，成为无核国家。一些没有核武器的国家千方百计谋求核武器，成为“核门槛”国家。印度、巴基斯坦进行了核爆炸试验。以色列和日本虽未公开进行核爆试验，但以色列是公认的具有核武器的国家，而日本则完全具备生产核武器的技术条件。此外，在美国的压力下，利比亚放弃了核计划，把相关资料和离心机运往美国。除了“核门槛”国家，谋求核武器的还有各种恐怖组织。 　　
美国：第一个试爆核武器 　　美国是世界上第一个试爆核武器的国家，也是唯一一个将核武器应用于实战的国家。1945年8月，美军派出2架B-29战略轰炸机分别在日本广岛与长崎投下原子弹，瞬间造成数十万人伤亡。美国拥有1．06万件核武器，是世界上拥有核武器数量最多的国家，平均每年要花费大约46亿美元来维持其核武库。美国的核武器有7000至8000件处于实战部署状态，其中有6480枚战略核弹头。 　　
俄罗斯：核武数量一度超越美国 　　前苏联是继美国之后第二个掌握核武技术的国家，于1949年首次试爆。冷战期间，苏联核武数量一度超越美国，并在战略洲际核导弹与战略核潜艇的技术上处于领先。苏联解体后，俄罗斯虽经费捉襟见肘，但不放松对核武的投入，其新研制的“白杨-M”核导弹号称能击穿任何防御系统。俄罗斯近日传出已掌握远程战略巡航导弹技术的消息。这种导弹可由战略轰炸机搭载，对数千公里外的目标实施精确打击。俄方说，这打破了美国在这一先进武器上的垄断地位。　　
英国：第三个爆炸氢弹并具有核作战能力 　　1952年10月3日，英国第一颗原子弹在澳大利亚蒙特贝洛沿海的船上试爆成功，成为世界上第三个拥有核武器的国家。1956年，英国在空军装备原子弹。3年后又爆炸了氢弹，成为世界上第三个爆炸氢弹并具有核作战能力的国家。 　　 法国：把核导弹瞄准“流氓国家” 　　1960年2月13日，法国在西部非洲撒哈拉大沙漠赖加奈的一座100米的高塔上爆炸成功了第一颗原子弹。这颗原子弹获得了6万吨当量的核裂变能量。法国因此面成为世界上第四个拥有核武器的国家。1962年6月，法国政府又提出耗资达300多亿法郎的“军事装备计划法案”，其中60多亿法郎用来建立核威慑力量。法国很快便建立起了由陆基导弹。潜艇导弹、飞机携带的核导弹所组成的三位一体的独立核力量。法国《解放报》透露，法国正在对其核战略进行具有历史性的调整，准备把核导弹瞄准拥有大规模杀伤性武器的所谓“流氓国家”。 　　
中国：不对无核武器国家使用核武器 　　自1964年中国首次试爆原子弹，数十年来，中国的核武技术水准与世界领先水平的差距要远远小于常规武器与世界的差距。目前中国具有与美、俄一样的空、地、潜全方位投射打击能力，核弹头数量估计在8000枚左右。中国坚持走和平发展道路，不参加军事同盟和军备竞赛。中国主张全面禁止和彻底销毁核武器。中国明确承诺不对无核武器国家和地区使用或威胁使用核武器，也不会改变这一政策。 　　
印度： 拥有核武器已是众所周知 　　1998年进行了数次地下核试验，之后宣称拥有核武，外界估计其约有100枚左右射程在4000公里内的核导弹。 　　
以色列：对是否有核武器采取回避态度 　　世界上媒体一再报导说以色列是继中国以后第六个拥有核武器的国家，但以色列一致保持沉默。虽然以色列研制核武器一直秘而不宣，但是，从上世纪50年代后期以色列的核武器计划就已经开始起步了，到60年代进入了正式研制阶段，并窃取到原子弹的核材料深缩铀，80年代被叛逃的该国技术人员泄露出去，才真相大白。 　　 朝鲜：分别在2006年10月9日和2009年5月25日成功进行核试验 　　朝鲜官方通讯社10月9日称，朝鲜成功进行了首次核武试验。另据韩联社报道，韩国政府有关人士同一天透露，接到朝鲜于当天上午进行核试验的情报，目前在观察。朝鲜中央通讯社称，“这次核试验是一个历史性事件，为我们的军队和人民带来了幸福欢乐”。2009年5月25日，朝鲜不顾各国反对，仅在1个小时前通知其他国家自己将进行一次地下核试验，试验目的是增强朝鲜自卫核威慑能力。受到各国强烈反对。
2核爆炸的效应
一个核子武器的能量主要通过五种机制放射出来：
冲击波 40%-60%
热辐射 30%-50%
原始粒子辐射 4.9%
核电磁脉冲 0.1%
残留放射性（放射性尘埃） 5%-10%
能量以何种形式被释放还要仰赖武器的设计以及爆炸时的环境。放射性尘埃的能量释放是持续的，而其他四种都是立即的短暂的爆发。
这最初四种机制释放的能量根据炸弹的尺寸而有区别。热辐射机制相对于距离衰减最缓慢，所以越是大当量的核弹，这种机制就越显得重要。粒子辐射被大气强烈吸收，所以他只在小威力的爆炸中体现出重要性。而冲击波效应的衰减，是介于上述二者之间的。 在爆发的一瞬间，核装药在一微秒内达到平衡温度。在这一时刻，大约75%的能量都以热辐射形式，特别是以软X射线的形式存在，而其他的残余能量则都表现为武器碎片的动能。接下来，这些软X射线和碎片怎样与周围媒质作用就成为冲击波和光以及粒子之间怎样分摊能量的决定因素。总的来说，若是在爆心周围物质很密集，那么它们将非常有效的吸收能量，冲击波的强度将会被加强。 当爆发在接近海平面的大气中进行时，绝大多数的软X射线将在数英尺内被吸收。一些能量转而形成紫外线、可见光和红外波段的辐射，但更多的被用来加热空气，形成火球。 在高空的爆发中，由于空气密度的降低，软X射线更趋向于行走更长的距离，在它们终究被吸收后，只有更少量的能量用来推动冲击波（海平面的50%或更少），而剩余的都转化为其他形式的热辐射。
2.1当量
核武器的爆发的主要机制（冲击波和辐射）所造成的效果可以和传统炸药相比较。主要的不同是，核武器的能量释放更迅速也更强烈。因此，人们常用同等爆炸威力的黄色炸药（三硝基甲苯／TNT）的质量来衡量核武器的威力：
表2.1 一些核弹的当量
名称
当量（千吨）
备注
大卫克罗无后座力炮（可变当量）
0.01-0.02
质质质量仅23kg，美国投放的最轻量级的核弹量仅23kg，美国投放的最轻量级的核弹
量仅23kg，美国投放的最轻量级的核弹
广岛原子弹（小男孩）
1361316 136
枪式铀235裂变弹
长崎原子弹（胖子）
20-22
内爆式钚239裂变弹
W-76
100
8枚装备在三叉戟一型导弹上
B-61Mod3
0.3/1.5/60/170
自由落体炸弹，4度可变当量
B-61Mod10
5
自由落体炸弹 可用战术飞机投放，如F/A-18，A-10
W-87
300
10枚装备在和平卫士导弹上
W-88
475
8枚装备在三叉戟二型导弹上
Castle Bravo
15000
美国最大当量的测试弹头
EC17/MK17
25000
美国装备部队的最大当量弹头，由B-36携带自由落体炸弹，1957年退役
EC24/MK24
B41/MK41
Tsar bomb（沙皇氢弹）
50000（原100000）
前苏联最大当量的测试弹头
2.2杀伤能力
核弹杀伤力计算公式：
　　有效杀伤距离= C * 爆炸当量^(1/3)................ (C为比例常数，^(1/3）为求立方根）
　　一般取比例常数为1.493885
　　当量为10万吨时，
　　有效杀伤半径= 1.493885 * 10^(1/3) = 3.22千米
　　有效杀伤面积 = pi * 3.22 * 3.22 = 33平方千米
　　当量为100万吨时，
　　有效杀伤半径= 1.493885 * 100^(1/3) = 6.93千米
　　有效杀伤面积 = pi * 6.93 * 6.93 = 150平方千米
　　当量为1000万吨时，
　　有效杀伤半径= 1.493885 * 1000^(1/3) = 14.93千米
　　有效杀伤面积 = pi * 14.93 * 14.93 = 700平方千米
　　当量为1亿吨时，
　　有效杀伤半径= 1.493885 * 10000^(1/3) = 32.18千米
　　有效杀伤面积 = pi * 32.18 * 32.18 = 3257平方千米
2.3冲击波
核弹的主要的破坏力来自于冲击波效应。绝大多数的建筑（当然除了特别加固和抗冲击结构的工事），将受到致命的摧毁。冲击波的速度将超过每小时几百公里，而他肆虐的范围会随着核武器当量的增加而增加。两种相似又不同的现象将随冲击波的到来而产生：
静态超压：冲击波带来的压强急速升高，任何给定点的静态超压正比于冲击波中的空气密度； 动态压强：即是被形成冲击波的疾风拉扯的效应，疾风会推动、摇晃和撕裂周围的物体。
大多数核武器空爆造成的破坏就是由静态超压和动态的疾风合成的效果。较长时间的超压拉动建筑结构使其变得脆弱，这时吹来的疾风再一举将其摧毁。压缩、真空和拉扯效应总共会持续若干秒钟，或者更长。而这里的疾风比世界上任何可能出现过的飓风都要更加凶猛。
2.4热辐射
核武器的爆炸会伴随有大量的电磁波辐射爆发，分布在可见光波段，及红外的和紫外的波段上。主要的伤害机制是造成灼伤及对肉眼的伤害。在晴朗的天气下，作用范围可超过冲击波。辐射光的能量是如此之强，它可以在冲击波留下的废墟中再制造一场大火。而热辐射所作用的范围，随武器当量的增加而显著地增长。
由于热辐射线是以直线传播的，所以任何不透明的物体都可以成为有效的壁垒阻止其传播。但是，如果空气中有雾气，这些小水珠可以散射辐射线使其向四面八方传播，于是所有的壁垒都会显著地丧失作用。
当热辐射线作用于一个物体时，部分的能量会被反射，部分被传导和转化掉，而剩下的会被吸收。吸收的比率取决于物体的特性和颜色。一个薄片状的物体可以将大部分的能量传导掉，同时浅颜色的物体可以反射许多辐射，它们受到的伤害都会小一些。对辐射线的吸收造成温度在表面的迅速升高，例如木材、纸张、织物等都会被点燃和烤焦。如果恰好这种物质是不良导体，那么加热现象只会在表面产生。
事实上，物质是否被点燃还仰赖于热辐射持续的长短，物质的厚度和包含的水分。在近距离上，所有的物质都会被加热蒸发，而在最远的距离上，只有最容易点燃和最脆弱的物质才会受到伤害。火灾并不一定只是热辐射线产生的，冲击波造成的混乱气流，也可能诱发大火。在广岛原爆中，就有一场空前巨大的火灾，持续了20分钟。火焰加热空气使其上升，周围的空气填补这一真空，造成持续的指向爆心的强风。然而这种现象并不是核爆炸所特有的，在二战的大轰炸中，大量的燃烧弹或经常发生的森林火灾中的烈焰也能造成大风。
2．5电磁脉冲
γ射线通过康普顿散射效应将电子反冲加速，得到高能的电子。这些电子被地磁场捕捉，在地表以上20到40公里的高度上产生共振。周期性振动的电子即可产生连续的电磁脉冲（EMP），持续大约1毫秒。下一个持续大约1秒数量级的效应是，大量的长条形的金属物体（如电缆），在电磁波通过时会像天线一样工作并产生高压。这些强大的短暂的高压，可以摧毁未经屏蔽保护的电子设备甚至是电线本身。但这种可怕的电磁脉冲对生物的影响人们却不甚了了。另外灼热的空气破坏了电离层，也会使无线电通讯受到影响。
唯一能够保护电子设备不受脉冲摧毁的措施是将其完全包裹在良导体内，或别的形式的法拉第笼内。当然，对于无线电通讯设备来说这是不可能的，因为它将收不到任何讯号。最大当量的核弹被用来实现大面积的，甚至是洲际范围的电磁轰炸。
2.6原始粒子辐射
核弹空爆中，大约5%的能量，以最原始的粒子和γ射线形式辐射掉了。裂变弹和聚变弹的中子辐射有很大不同。然而γ辐射的结构，无论是在这类爆炸式的核反应中，还是短半衰期的物质衰变中都是类似的。核反应粒子辐射随距离衰减快的原因，一个是它们的散布面积正比半径立方，强度即正比半径立方的倒数，一个是它们被大气强烈地吸收和散射。
粒子辐射的结构也与距离有关，在近爆心的地点，中子辐射强于γ辐射，但随着距离的增加，中子-伽玛比将减小。最终，中子成分与γ成分相比即可忽略。要注意的是，上述的这些距离，并不随爆炸当量的增加而有十分显著的变化。因此，越大当量的爆炸中，原始粒子辐射的效果就越不显著。在大块头的核弹中，譬如大于50kt，冲击波和热辐射的威力使得粒子辐射机制相形见绌，以至于被忽略。
2.7辐射尘
剩余的放射性物质通过两种效应造成杀伤力：辐射尘和中子感应机制，剩余粒子放射线从下列物质中产生：
裂变产物。裂变产物是由铀或钚在裂变反应中产生的中等质量的同位素。在裂变反应中，实际上产生的产物有超过300种。大多数是放射性的，且半衰期的长短不一，区别很大。短则几分之一秒，长则在数年内都有致命的放射性。它们衰变的经典机制是释放β和γ射线。1千吨的当量中，有大约60克的放射性裂变产物。引爆一分钟之后，裂变产物的放射性等同于3千万公斤的镭同时衰变，也就是大约1.1E21Bq。
未裂变的装药。裂变物质的利用，在核武器中可谓是很不充分，大量的铀和钚在裂变前就被炸得四分五裂。这些核装药，以alpha衰变的形式缓慢地辐射，而它们的重要性也相对较小。
中子感应效应。当一个原子核在中子爆发的时候捕获了中子，作为一种已知的必然机制，它将变为放射性并在较长的周期内放射beta和γ射线。中子爆发作为最原始的核放射线，必将引起残留的中子感应效应。另外，环境物质，如土壤、空气和水，也将被感应激发，这取决于它们的化学成分和距爆心的距离。举例来说，在近爆心的地区，土壤中的矿物质由于中子爆发会变成有致命放射性的同位素。这是由于多种元素具有中子俘获能力，像钠、锰、铝和硅这样的元素，都存在于土壤中且参与了中子感应效应。但这种效应并不重要，因为它只限于很有限的一块区域内。
在近地面的爆炸中，大量的土壤或水分将被火球加热蒸发，上升成为放射云。这些物质凝结后，由于混合了裂变产物和中子感应产物，将变得具有放射性。较大的颗粒将在24小时内沉降到爆心附近（也与风速和天气有关），而较小的颗粒有可能会在全球大气系统中漂流数周以至数月。一些当地沉降物覆盖的面积会远远大于热辐射和冲击波的范围，特别是在大当量的核爆中。在水面附近的核爆中，辐射尘颗粒将较小，下落的比例将较小，而分布的面积就会比较广大。大量海水中的盐和一些水分，可以作为凝结核，引起当地的降雨从而使当地的核沉降大大增加。
全球放射性沉降的生物学破坏作用是由长半衰期的同位素在生物体内的富集主导的。像锶-90或铯-137这类元素，通过食物等进入人体。化学上，这些同位素和钙很像，他们会被误认为钙，而被吸收并沉积在骨骼中。这些高放射性的物质将会造成例如像白血病一类的放射性疾病。全球沉降的伤害效果毋庸置疑是小于当地的辐射尘。
在普遍的情况下，冲击波和热辐射的杀伤将远大于放射线的伤害。但是，放射线的辐射伤害比冲击波和热辐射更加复杂，人们对它也存在误解。各式各样的生物变异将在辐射区内的动物中发生。全身摄入高剂量放射性元素的个体将会立即死亡，其他摄入剂量较少的个体将会苟活，但也会随后来的并发症而死去。
3核武器的投送
战略核武器常指用来摧毁战略目标（如城市）的大当量核武器；战术核武器是指用于摧毁小型的特定目标（如军事、通讯或永备工事等目标）的较小的类型。以现代的眼光来看，在广岛和长崎投放的原子弹只能算是战术核弹（当量分别为13和22千吨），同时现代的战术核弹比之又要紧凑和轻巧。 核武器的基本投放方式有：
自由落体炸弹：早期的核武器太大了，他们只能被B-29等飞机运载和投放，但在50年代中期，可由战斗轰炸机搭载的较小型的核武器被研制出来。这种新型空基的自由落体炸弹运用了多种新技术，包括翻滚轰炸（toss bombing），伞降投掷（parachute-retarded delivery），卧倒模式（laydown mode），以保证给与载机足够的逃离时间。
弹道导弹：弹道导弹采用抛射物弹道飞行，通常用于超视距的弹头投送。机动弹道导弹具有十到上百公里的射程，洲际弹道导弹（ICBM）和轨道轰炸系统（SLBM，原意是人造卫星发射的弹道导弹satellite-launched ballistic missile，因其整个系统采用轨道弹道部署在太空，可以实现全球轰炸，故译为“轨道轰炸系统”）采用亚轨道或部分轨道弹道以达到全球打击的效果。较早的弹道导弹携载单一的弹头，每一个有百万吨级的当量。自上世纪70年代之后，更新的弹道武器使用多弹头分导技术（MIRVs），每颗导弹可携带一打弹头，而每个弹头的当量下降到千吨级。这样一次发射就可