中子弹

中子弹（英语：Neutron bomb），也被称之为“增强辐射武器”（Enhanced Radiation Weapons）或“弱冲击波强辐射武器”^[3]是氢弹小型化、战术化的特殊性能版本。与一般核武器依靠爆轰冲击波和热辐射进行杀伤不同，中子弹的杀伤手段是爆炸瞬间产生的高能中子，主要杀伤对象是生物体，冲击波和热辐射很小，对建筑物和装甲目标的影响也较小，放射性沾染很低，因此又被称为“干净”的氢弹。^[4][5]

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家塞缪尔·科恩在1958年最早提出了中子弹的概念，迅速获得了美国军方的重视，并于1962年进行了首次地下试验，1963年就迅速开始了武器化的设计。到60年代末，由美国洛斯阿拉莫斯实验室设计的第一种中子弹头“W66”测试成功，并于1974年6月正式投入生产。^[6]随后，苏联、法国和中国也相继掌握了中子弹技术。^[7][8]

但到冷战后期，拥核国家逐渐意识到了核武器不能成为达到政治战略目的的手段，只能服务于防御目的、慑止侵略和防止战争，而以小型原子弹、中子弹为代表的战术核武器的使用可能会带来极大的危险，极易将冲突从战术升级到战略。因此冷战结束后，各国对中子弹的研发逐渐暂停，唯一批量化生产中子弹的美国也逐步将其退役。到现代，中子弹仅以技术储备的形式存在。^[9][10]

自核武器诞生以来，其巨大威力和在应用过程中引发的辐射沾染遗留问题一直备受争议。随着冷战的开启，北约与华约两大军事集团在欧洲相互对峙，使得欧洲局势紧张。在这样的局势下，北约长期担忧前苏联及华沙条约成员国会从原联邦德国等与其交界的地带发起以数千辆坦克为先头部队的闪电战突袭。一些军事专家认为，北约只有使用核武器才能有效抵御这种攻势。然而，尽管核武器能够遏制苏军的进攻，但核爆炸产生的剩余核辐射还会污染北约的国土，导致这些土地无法居住。因此，人们开始探索一种既能有效杀伤大规模装甲集群，又不会产生过量辐射遗留的武器。^[11]

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的物理学家塞缪尔·科恩于1958年探索出了一种折衷的方法，即在氢弹的基础上，最大程度减小冲击波和放射性沾染的扩散，主要依靠同位素聚变反应产生的中子杀伤目标。1959年，中子弹的研制被列为劳伦斯利弗莫尔国家实验室的最优先项目。在1961年9月，前苏联恢复核试验后，作为回应美国于1962年正式开始试验中子弹，并于1963年春季成功研制出可投入实战的中子弹原型。然而，20世纪60年代初期，美国就生产中子弹的问题展开了一场大讨论，关于生产中子弹的发展也在此时被暂时搁置。支持者的主要观点是，中子弹具有非破坏性和低放射性污染的特点，使其成为战场上非常理想的武器。而反对者的主要论点是使用任何战术核武器都存在升级为全面核战争的风险。^[11]

对于中子弹的发展讨论一直持续到70年代初期，在这期间，洛斯阿拉莫斯实验室和劳伦斯·利弗莫尔实验室竞标美国陆军用于装备在MGM-52“长矛”机动式战术弹道导弹上的W64和W63中子弹头也因此取消，使得“长矛”弹道导弹先装备普通的W70核弹头入役。而来不及等待的军方又为其找到了更合适的用途——用作弹道导弹防御系统拦截弹的弹头，在当时，由于制导技术不足以保证在高空直接命中来袭的弹道导弹头，无法直接依靠动能拦截，只能通过扩大拦截弹的威力利用冲击波毁伤弹道导弹头，美国为此发展了如XLIM-49“奈基宙斯”等防空核导弹，依托核弹空爆的威力拦截弹道导弹。但同一般核弹一样，这种空爆核弹仍然会有大量的碎片对爆炸下方的地面造成核沾染，美国军方发现中子弹就能明显改善这一缺点。洛斯阿拉莫斯实验室和劳伦斯·利弗莫尔实验室又根据这一需求分别推出了W66和W65防空用中子弹头，1974年10月，美国选择了洛斯阿拉莫斯实验室的设计，至此世界第一种实用化的中子弹、用于“斯普林特”防空导弹的W66核弹头诞生。^[12]

到70年代中期，随着华约装甲力量威胁的不断增大，进一步发展陆军野战用途的中子弹的需求越来越高，1977年，美国计划生产中子弹用于装备陆军的MGM-52“长矛”机动式战术弹道导弹发射车^[13]和203毫米榴弹炮。这一计划披露后，引起了北约其他国家和前苏联的担忧和压力，因此，即便1977年7月美国参议院同意了对于陆军野战用中子弹的拨款，但时任美国总统卡特仍然推迟了生产中子弹的决定。直到1981年8月，在国防策略上较为激进的里根总统上台后，才正式决定生产和储存中子弹。^[14]在科研人员已经做了长时间技术储备的基础上，新中子弹的生产十分迅速，用于“长矛”弹道导弹的中子弹头W70-Mod.3型^[15]和用于203毫米榴弹炮的中子炮弹W79-Mod.0型当年就开始定型生产，^[16]到1986年，二者的数量已超过700余枚，但短暂服役后，随着冷战时代的结束，作为大规模削减美国核武器的一部分，二者均于1992年9月退役。^[17]

苏联是多国向联合国裁军谈判委员会提交的《关于禁止生产、储存、部署和便用核中子武器的公约》的牵头国家，在美国发展中子弹时表示了坚决的反对和谴责。^[18]但在美国中子弹正式装备后，作为对美国的回应，苏联于1978年11月17日宣布成功试验了苏联的第一枚中子弹。但其研制过程资料较少，据称苏联的中子弹研究由位于下诺夫哥罗德地区的萨洛夫苏联实验物理研究所研制，制造过程仅用了不到1年的时间。^[19]

中国在70年代末开始了中子弹的研制工作，曾担任过中国工程物理研究院核试验作业队理论分队负责人的曾德承是中国首枚中子弹理论研究与设计的主要负责人，也是主要完成者，^[20]中国科学院院士贺贤土担任中子弹原理和装置设计的研究组组长。^[21]1984年12月19日的第五次平洞核试是中国中子弹的首次原理实验。这颗验证弹圆满成功并为全面突破中子弹技术瓶颈和首次中子弹核试验打下了基础，并在时程上反驳了美国对中国“窃取”中子弹机密的指控。^[22]1988年9月29日，成功在罗布泊中央分区核试验场进行中国首枚中子弹的试爆。^[23]

法国于1980年6月在太平洋的莫鲁罗阿环礁成功引爆第一颗中子弹，^[24]1982年11月9日，时任法国国防部长埃尔尼会见记者时证实了这一消息并称法国关于中子弹的研究和试制工作，完全是独立进行的。^[25]法国曾计划将其装备在法国国产的“哈迪斯”机动式战术弹道导弹发射车上。^[26]

苏联、中国和法国开展中子弹研制工作仅作为技术验证，都没有如美国一样进入批量生产阶段。^[27]

在结构上，中子弹实际上是一种超小型氢弹，其弹体由上、下两个部分组成，上部是一个微型原子弹扳机，其中心是一个引爆中子弹用的微型原子弹，用钚bù-239做为核原料，因为钚比铀yóu原料能释放更多的中子，可使中子弹达到小型化，它的周围是中子弹的“炸药”——氘dāo和氚chuān的混合物，外面是用铍和铍合金做的中子反射层和弹壳，此外还带有超小型原子弹点火起爆用的中子源、电子保险控制装置、弹道控制制导仪以及弹翼等。^[28]

中子弹的氘、氚在常温下呈气体状态，因此要保持氘、氚呈液态就必须有低温装置，且由于氘和氚容易被空气中的氢置换，也容易和空气中的氧发生反应生成氘水（重水）和氚水（超重水）、氚衰变放出β射线，然后变成氦-3气体，使储氚器内部压力不断增大，也就意味着中子弹的“炸药”部分必须经过专门设计以能够容纳氘和氚，储氚器要耐高压、耐β辐射。^[29]

中子弹引爆时，弹体上部的高能炸药最先引爆，给予中心钚球巨大压力，使钚的密度剧烈增加，当受压的钚球达到超临界状态时就会爆炸（裂变），产生强γ射线、X射线和超高压，以光速传播；弹体下部的高密度聚苯乙烯吸收了强γ射线和χ射线后，会很快的变成高能等离子体，使储氚器里的含氘氚混合物承受超高温高压，引起氘和氚的聚变反应，从而释放出大量的高能中子，这些高能中子到达弹体外部的铍反射层后，会立即反射回来，并产生铍的增殖效应，即一个高能中子击中铍核后，会产生一个以上的中子，从而有利于氘和氚发生更完全的聚变反应，铍的这种增殖效应，使得中子弹的体积大为缩小，一般直径只有200毫米，弹长560毫米，中子弹的爆炸能由聚变反应产生，并主要以中子流的形式向四周释放，在其爆炸过程中，中子流的能量占总能量的80%左右。^[28]

一是引爆装置不同，采用小巧的钚-239原子弹，使其具有更高的中子释放能力，从而实现小型化。^[30]二是核装药材料不同，是氘和氚的混合物，而不是氢弹通常采用的氘化锂。这是因为氘和氚的聚变反应能够产生更多的中子，而锂会吸收大部分中子。这种设计使得中子弹能够更有效地利用中子进行核反应。^[30]三是外壳材料不同，中子弹的外壳一般不用铀-238，而是由铍或铍合金制成，这使得高能中子可以自由逸出，同时限制了放射性污染的范围。^[30]四是体积不同，中子弹的体型和当量一般都较小，一般威力为1千吨TNT当量。这也要求引爆用的原子弹更小，使得其制造难度增大。^[30]

中子弹的杀伤原理主要就是利用中子的强穿透力。由质子和中子组成的原子核，其质子带正电，中子不带电，中子从原子核里发射出来后，它不受外界电场的作用，穿透力极强。在杀伤半径范围内，中子可以穿透坦克的钢甲和钢筋水泥建筑物的厚壁，杀伤其中的人员。^[11]

中子对人体有很大的破坏力。由于人体里面有很多氢，当中子和氢的原子核（也就是质子）碰撞时，中子会传递给它很多能量，让它变得非常活跃。这样，氢原子核就能摆脱原来分子的束缚，变成一个高能质子。这个高能质子在前进的过程中，会电离分子或原子，产生很多离子和自由电子，这就是中子的间接电离作用，和人体内的氢反应后，会生成氘，同时还会放出一个γ射线；中子和体内的钠-23反应，会生成带有放射性的钠-24，同理也会生成磷、硫、钙等放射性同位素，这些东西在人体内再次形成放射源，破坏体内的高分子物质。另一方面，中子还会让水分子电离形成自由基，导致细胞变性和死亡，使人发生痉挛，间歇性昏迷和肌肉失调，严重时会短时间内死亡。^[31][11]

就杀伤人员的效果而言，一枚1千吨TNT当量的中子弹大致相当于其10倍当量的普通核武器，而且只要适当提高中子弹的爆炸高度，它对人体的影响范围就可大大提高，而且对附近建筑物或设施的附带破坏大大减少。^[11]

早期核辐射效应异常强大。原子弹和氢弹虽然具备巨大的杀伤力和破坏力，但使用者本身并无实际利益。中子弹则能有效弥补此缺陷，其爆炸释放的早期核辐射能量可达总能量的40%。相较于同等当量的原子弹，中子弹的杀伤半径更大，因此被别称为“增强辐射弹”。^[28]爆炸所释放的能量较为有限。随着核武器当量的增加，冲击波和光辐射的破坏半径必然超过核辐射的杀伤半径。中子弹的当量因此无法过大，这样相对减弱了冲击波和光辐射的效应。因此，它被称为“弱冲击波强辐射弹”，主要应用于战术核武器在战场上提供支援。^[28]放射性污染较轻，持续时间较短。由于中子弹裂变时的当量较小，其爆炸所带来的放射性污染也相对较轻。根据报告，美国研制的中子炮弹和中子弹头，其聚变当量约占总能量的50%至75%。因此，中子弹爆炸时只会产生少量的放射性沉降物。通常情况下，经过数小时至一天，中子弹爆炸地区的放射性物质已经大量消散，使得军人可以进入并占领受到中子弹袭击的地区。这一点在军事和经济上具有重要意义。^[28]中子弹与其他战术核武器有所不同，它具备剪裁效应。当中子弹在高空爆炸时，释放大量高能中子，可以轻易穿透约30厘米厚的钢板。这使得它能够毫不费力地穿透坦克装甲、掩体和砖墙等物体，并杀伤其中人员，而保留坦克、建筑物和武器装备等的完好性。^[28]

各种物质对核辐射都有一定的衰减作用，因此对于中子弹通过选择合适的防护材料即可大大减弱其杀伤力：

重金属如钢、铁、铅均能很好的防护γ线，但中子和轻元素弹性碰撞时能量损失较多，所以对中子弹的防护可采用轻重材料并用，原则上是先用轻材料，特别一些含氢元素的物质如石蜡、塑料和水等使中子慢化，然后加一层吸收慢中子的材料如含锂、硼材料，最后加一层重材料如钢筋混凝土及重金属。^[32]因此，人应该尽量选择有湿土、混凝土、聚乙烯等有较好防护作用的避难所躲避，而且土层对中子和γ射线都有削弱作用，50.8厘米混凝土或76.2厘米湿土能阻止99%的中子，2米厚的湿土足够防护中子弹的辐射。所以，对战时掩蔽部及在民防工事加厚覆土层是最简单而有效的方法。^[32]

对于装甲车辆而言则需要采取多种措施来有效防护中子辐射。由于高能中子穿过钢制装甲时减弱较少（半衰减厚度为8-12厘米），因此装甲车辆需要采用轻质材料和多层组合的装甲来吸收和减弱中子辐射。例如，美国的M113装甲运输车在其重点装甲部位有一层附加装甲板，两层装甲间的间隙用聚合物碎屑填充，整个附加防护物重650千克。此外，美国M2布莱德利步兵战车在钢板与铝基体间放一层聚氨基甲酸脂。苏联/俄罗斯等国也在野战装甲战斗车辆上采用中子对抗措施，包括采取铅、镉和硼氢化物屏蔽等。这些措施可以有效降低中子辐射对装甲车辆的损伤，提高其作战性能。^[11][33]

W70-Mod.3是美国用于“长矛”弹道导弹的中子弹头，由劳伦斯利弗莫尔国家实验室设计，于1981年投入使用，其威力可调，爆炸当量在0.1到1kt TNT之间，其弹长约1米，直径0.46米，重约120千克^[34]，造价方面，一枚“长矛”导弹本身价值16万美元，一颗原子弹头价值24万美元，一颗中子弹头则要50万美元。^[35]如下图“长矛”导弹作战示意，“长矛”战术导弹搭载中子弹头从100千米外发射后，图中①是爆炸中心区，半径约200米，区内所有人员均被中子辐射杀死，建筑物和车辆被冲击波和热辐射摧毁；②区的半径约为1000米，中子辐射将使一切生命遭受毁灭，而建筑物和车辆可保存完好；③区的半径约为2500米，是传统战术原子弹所摧毁的范围，在此范围内一切建筑物和车辆均无法幸存，附带杀伤范围太大。^[36]

W79是美国为XM-753型等203毫米“原子大炮”配备的炮弹，1981年7月至1986年8月量产，总计生产了550发，其中325发为中子弹，225发为标准裂变弹。W79有两种型号，其中W79-Mod.0型具有双重威力，既可作标准裂变弹也可作增强辐射弹，爆炸当量为100吨至1100吨TNT；W79-Mod.1型是裂变弹，爆炸当量为800吨。W79重量约为98千克，长109厘米，直径20.3厘米，核材料为钚和氚。^[37]W79在1992年9月退役，存放在德克萨斯州阿马里洛的潘泰克斯工厂，2002年全部拆解完毕。^[38]

冷战结束后，拥核国家纷纷削减所有的核武器，只保留较低限度的战略威慑核武器，加上大规模装甲战争的爆发可能性越来越小，因此中子弹作为战术核武器的发展已无必要。之后的一些分析结果也表明，随着中子弹问世后，世界各国的新一代装甲战斗车辆都或多或少的将抵御中子辐射列为车辆防化性能的关键指标，中子慢化剂在装甲车辆的复合装甲层中大量应用，一些老旧坦克也能通过外挂装甲的形式增强抵御中子辐射的能力，中子弹用于对抗装甲集群的作用被大大削弱，相反，在战争中缺乏防护硬件和防护知识的平民却更容易成为中子弹的受害者，中子弹作为“干净核武器”的初衷已经背离。^[39]

同时，研究发现，中子弹诞生之初被宣传是十分“干净”的核武器，诚然，中子弹的剩余核辐射应当是较小的。但是也不能完全避免放射性沾污和沉降。而且，由于它放出的大量中子辐射，还会使土壤中的各种元素，特别是钠和锰因俘获中子而感生放射性。另外，空气中的氮也会因俘获中子，通过（n，p）反应而产生放射性的碳-14。土壤中的感生放射性可能在空中爆炸后、最初沉降尚未发生之前就在地面出现了，虽然这种感生放射性的衰减比沉降要快得多，但也使爆炸后某段时间要进入感生区的人员有遭受辐射的危险。而碳-14的半衰期长达5760年，更可以长期留存在自然界中起着放射性污染的作用。所以，中子弹并不是完全“干净”的核武器。^[40]