第268期

驚動全球 氫彈大解析

透過氫彈原理及威力的說明,帶領讀者了解此種武器可能造成的影響。

驚動全球 氫彈大解析

鄭頎

2017年9月3日早上,朝鮮民主主義人民共和國(以下稱北韓)進行了從2006年以來的第六次核子武器測試。這次特別受到專家關注的是,北韓當局透過國營媒體宣稱此次核試已研發並成功將氫彈搭載於洲際彈道飛彈上,此消息一出,舉世譁然。包含美、日、韓及中國大陸等國紛紛表示,絕不能縱容北韓,各國將合作使北韓承擔其應受到的制裁。北韓試爆氫彈為何令世界各國坐如針氈?氫彈和我們所熟知的原子彈有何不同?而這令人聞風喪膽的核子武器威力將會對人類生活造成多大的影響,帶您一窺究竟。

北韓主播李春姬播報氫彈試爆成功之新聞。(圖片來源/YouTube截圖

什麼是氫彈

氫彈(Hydrogen bomb, H-bomb),又被稱為熱核武器(Thermonuclear weapon),是相較於原子彈(Atomic Bomb)的核分裂(Nuclear fission)技術,添加了更為艱難且反應環境更高溫、高壓的核融合(Nuclear fusion)技術製成的核子武器。

「氫彈」名稱的由來,乃是因為在核融合反應的階段,裝填在彈體內部的核裝料一般為氫的同位素,如「氘」和「氚」,故將此武器命名為氫彈。而原子彈和氫彈反應原理最基本的區別:原子彈爆炸的條件是希望能拆開原子,而氫彈爆炸的條件則是希望能將原子組合。

異於原子彈 添核融合反應

一般人所熟知的原子彈,其爆炸的能量完全由核分裂反應輸出,其反應原理是利用自由中子去撞擊容易發生裂變的重原子核如「鈾-235」和「鈽-239」,撞擊後會產生二個質量較小的原子核、中子並釋放出能量,而反應的材料只要達「超臨界質量」即可繼續進行核分裂反應,且中子的增生速度是以指數倍率成長,成為鏈式裂變反應(Chain reaction),其累積爆發的能量相當駭人。

核分裂反應過程簡圖。(圖片來源/ atomicarchive.com,鄭頎重製 )

「氫彈基本的爆炸原理和原子彈相似,但是多了一個第二元素。」英國索利大學物理學教授雷根(Paddy Regan)在接受BBC訪問時說。

氫彈爆炸的方式與原子彈最大不同的地方在於,其爆炸主要分為二個階段,就如同前面所說,氫彈爆炸需要借重核融合反應,而核融合反應發生的條件必須在高溫、高壓的環境下才得以進行。以現今的技術而言,要以人工製造出足以產生核融合反應的環境條件是個浩大又艱難的工程。國立清華大學核子工程與科學研究所教授陳金順也表示,若要引發氫彈爆炸的核融合反應,得先透過一道核分裂反應,用以製造發生核融合的條件「核分裂完以後會產生高溫,而高溫情況之下,重氫才能產生融合。」

專家們於是在彈體核裝料外層裝入易發生裂變的「鈾-238」,進行第一階段的核分裂反應,並利用此爆炸階段(初級核爆)核分裂反應所產生的巨大能量為引,達到足以發生核融合反應的溫度及壓力之後,使內部的核裝料開始進行核融合反應,這也就是第二個爆炸階段(次級核爆)。第二階段的核融合將可製造出更多的中子去撞擊外部的「鈾-238」,使之繼續發生核分裂,並產出更多的能量。所以氫彈爆炸的能量來源靠的不僅僅是核融合反應,更多是來自於內部核融合所觸發外部的核分裂反應而產出的能量,在核融合以及核分裂同時交叉發生的情況下,比起單靠核分裂反應的原子彈,產出的能量將更加驚人。

《科學人》雜誌曾在一篇關於核融合發電的文章當中提到:「氫同位素在融合時,能很快釋出巨大能量。在數十年來人類熱切追尋核融合能量的過程中,這是個重要的里程碑。」陳金順教授也指出,氫彈爆炸就像汽油彈一樣,所有的能量釋放都在那一瞬間。具體而言,氫彈可以說是當今世界上最具毀滅性的武器。

威力驚人 爆炸規模超過原子彈1500倍

氫彈既然被稱為當今世上殺傷力最強的武器,那它的威力到底有多強大?一般在測量炸彈的爆炸威力時,使用的單位為「黃色炸藥當量」(TNT equivalent),也就是將此炸彈爆炸的威力以它相「當」於多少質「量」的黃色炸藥爆炸的威力來相比擬,一枚一般的核子炸彈的黃色炸藥當量約為1萬公噸,而氫彈的威力至少為10倍以上。

根據《紐約時報》的報導,1945年美國於日本廣島投下的原子彈「小男孩」(Little Boy)的黃色炸藥當量約為2萬公噸。而BBC報導中則提到,1961年蘇聯在新地島(Novaya Zemlya)核試中投下的氫彈「沙皇炸彈」(Tsar Bomba)的黃色炸彈當量高達5700萬公噸,超過二次世界大戰中美國投於廣島和長崎兩枚原子彈威力總合的1500倍,破壞力可見一斑。

當年美國在日本投下的二枚原子彈分別造成了14萬人和7.4萬人喪生,而氫彈目前仍未被使用於實戰當中,否則憑著其超越原子彈幾千倍的威力,不僅在爆炸當下將造成難以計數的傷亡,爆炸後留下的大量放射物質更會禍延子孫。
 

Discovery頻道對沙皇炸彈之介紹。(影片來源/YouTube

構造保密 僅五國擁氫彈

有鑒於氫彈驚人的強大破壞力及可能造成的大規模輻射汙染,其內部的詳細構造和製程一直被聯合國安全理事會所保密著。而原本擁有製造氫彈能力的國家也只有安理會中的五個常任理事國:美、中、英、法、俄,若北韓此次試爆武器為氫彈的消息屬實,北韓將成為全球第六個擁有氫彈的國家。
 

北韓聲稱自產核武零件 威脅倍增

北韓透過官媒表示,領袖金正恩日前已親自視察過可以裝載於長程洲際彈道飛彈彈頭上的核子炸彈,並且所有製造核武的零件及技術都來自於北韓本土,強調北韓已有自行製造先進核武的能力,往後能「想做多少做多少」,對位於太平洋彼岸的美國自然威脅倍增。

美國面對北韓的一再挑釁也絕非坐以待斃。美國國防部於今年5月時就曾發布新聞表示,美國已成功測試以「陸基攔截飛彈」(Ground-Based Interceptor)模擬摧毀北韓洲際彈道飛彈來襲的目標。美國導彈防禦局局長席林(James Syring)也對此坦言:「能夠攔截一枚複雜且具有威脅性的洲際飛彈是項了不起的成就,也是這項計畫的重要里程碑。」

統治北韓的金氏政權一向以擴展軍事武力為國家發展第一優先,近幾年的頻繁核試也讓美日韓等國時常繃緊神經,不斷利用國際輿論譴責北韓,但北韓一向以不以為然的態度相應。如今北韓若真已研發出氫彈,對於整個東亞,甚至全世界的和平狀態恐怕將會增添更多的變數。

記者 鄭頎
若說你是雲,我便是那鷹。 若說你是浪,我便是那鯨。 你說是情非得已,我只能用淚灌醉自己。  
編輯 蔡翔宇
騎著一台經典車款,聽著90年代的嘻哈音樂,奔馳在鄉間小路之中。 這才是人生啊,酷吧,冰塊庫巴。
記者 鄭頎
編輯 蔡翔宇