金属氮——第四代核武器材料

沈羡云

什么是金属氮

氮是空气中含量最多的元素，自然界中氮存在的范围也十分广泛。标准状况下氮气以无色、无味、无臭的双原子气体分子形式存在，但在极端高温高压的环境中，氮分子会发生一系列复杂的结构和性质变化。其中一种变化就是氮分子发生解离，再进一步发生聚合作用从而形成金属氮。

金属氮是典型的超高含能材料，TNT炸药的能量密度也不及金属氮的十分之一。不仅如此，金属氮的使用对环境也比较友好，还能循环利用，如果把它用作载人火箭一、二级推进器的燃料，那么火箭起飞重量可以提升数倍。

一向走在科技前沿的美国首先对金属氢进行了开发，但在最基本的转化固态氢方面遇到了瓶颈。金属氢要在极高压的环境下才能将氢转化为固体结晶，这个压力甚至比地球核心处的压力还大，而且其转化成功后还需要在正常温度下进行保存，因此美国至今都没有突破这个难关。中国没有去纠结金属氢，而是另辟蹊径从金属氮下手。

要形成金属氮必须满足两个条件：一是极端高温，二是极端高压。自然界不存在满足这两种条件的环境，因此我国科学家建设了一个实验系统，能够实现高达170兆帕和8000度高温高压的极端条件，并在此条件下研究了氮分子在绝缘体、半导体、金属转变过程中的光学吸收特性和反射特性，确定了氮分子解离的相边界及金属氮合成的极端压力温度条件范围，这是国家核心军事能力和军事技术制高点的重要标志。氮类物质具有高密度、超高能量及爆轰产物清洁无污染等优点，是新一代超高能含能材料的典型代表。该成果不仅能够对其他形式高能氮材料的合成提供指导，还为未来金属氢的合成奠定了重要基础，因为合成金属氢与合成金属氮所需要的极端高温高压条件是类似的。紧接着，我国研制出全球首个全氮阴离子盐炸药，这是一种具备高能化学键的新物质，仅需200吨该物质就能超过广岛原子弹爆炸的威力，而且不会造成任何核污染。

第四代核武器有何不同之处

核武器主要包括第一代核武器（裂变武器，通常称为原子弹）、第二代核武器（聚变武器，通常称为氢弹）、第三代核武器（以中子弹为代表）和第四代核武器。

前三代核武器虽然威力巨大、杀伤力强，但都面临一个严重问题：这些核武器爆炸后会产生严重核污染，因此联合国条约禁止核武器发展。能不能造出一种没有核污染、杀伤力又强的核武器呢？这成为第四代核武器研制的目标。第四代核武器是指核定向能武器，它不是之前核武器的改进版，而是一种利用全新原理制造的核武器。虽然它仍以核武器的原理为基础，主体部分也仍是氢弹，但其性能完全不同于现有的核武器，其不同之处在于它不是依靠核爆炸，而是以其他无污染的方式来引发核聚变，也被称为纯热核武器。相比于前三代核武器，第四代核武器具有以下几方面的优点。

威力强大 金属氮核武器的杀伤力远超第一代核武器—原子弹，它在爆炸瞬间可以产生7700℃的高温，瞬间摧毁一座城市也不在话下。

精准打击 相比前三代核武器，第四代核武器的爆炸可以控制其威力与方向，其产生的电磁脉冲还可以使敌方的通信指挥与电子系统瞬间瘫痪。

可投入到战场应用 第四代核武器不会像前三代核武器那样，让爆炸地点寸草不生、万物陨落，它也不会产生剩余核辐射， 爆炸后不会危害到爆炸点周围居民的身体健康和环境安全。所以它可以在通常情况下作为“非毁灭性武器”投入到战场上，真正做到“绿色无污染”。

实用性较强 第四代核武器当量可以是1～1000吨，基本上缩小了核武器与常规武器的界限，也不会被视为大规模杀伤性武器。核武器将可彻底实现小型化，甚至能做到只有子弹大小，当量可控，体积质量可控，其实用性相比前三代核武器更明显。

引爆方式简单 前三代核武器必须用原子弹做引信，利用核裂变产生辐射的方式引发核聚变，而第四代核武器可以利用超激光、强X射线、磁压缩等多种方式触发核弹的开关。

前三代核武器简介

第一代核武器是指原子弹，主要是利用核裂变而形成的武器，重核子（如铀或钚）在中子的冲击下发生核分裂反应，分裂成为较轻的核子，同时释放更多的中子，造成连锁反应。大部分裂变核武器是使用化学炸药，把在临界质量以下的铀-235或钚-239挤压成超越临界质量的一块，然后在中子照射下产生不受控的连锁反应，释放出大量能量。它是第二次世界大战之后出现的新型核武器，也是唯一参与过实战的核武器。

第二代核武器是指氢弹，氢弹的核心技术是核聚变，不过由于其通常会使用原子弹来进行引爆，所以其可以算是一种核聚变加上核裂变的组合模式。它主要利用重氢（氘）、超重氢（氚）等轻原子核的热核聚变反应原理制成武器。当原子弹爆炸之后，大量的高能中子被释放，这些高能中子与氘化锂反应生成氚，氚再与氘聚合产生能量。无论是爆炸威力，还是爆炸后的辐射强度，氢弹都远胜于原子弹，可以说是一种非常可怕的核武器。

第三代核武器是效应经过“剪裁”或增强的特种核武器，追求的是小当量、低污染，以便于增强核武器的实用性，降低应用门槛。它包括中子弹、冲击波弹、伽马射线弹、感生辐射弹、核电磁脉冲弹、定向离子弹、核激励X射线激光弹、微型核弹等，其主要代表是中子弹。中子弹的特点是爆炸释放的能量不高，但核辐射很强，只对人和动物造成伤害，对周围的建筑环境不会有影响，也不会引起长期的核污染。如果在一个人口密集的地方引爆一颗中子弹，其结果是这个地方的建筑设施完好无损，但人和动物会被强烈的冲击波和辐射杀死。