反物质武器具体原理,要求通俗易懂!
简单说,一切物质都是由原子组成,而原子又是由中间带正电的质子和不带电的中子构成的原子核与外面高速飞行的电子组成,而现在的发现和实验证明反物质存在,它结构与普通原子一样,只不过里面原子核上带负电,而外面飞的是带正电的质子;
所以当一个普通原子和一个反物质原子遇到一起的时候,由于其内外电荷完全相反,因此会互相吸引接触,最后中和抵消,这就是所谓湮灭,而这个过程会释放出比氢弹爆炸还要大N多倍的能量,这就是反物质武器的基本原理。
反物质武器是什么时候研发的?
反物质的研究始于20世纪40年代后期,但进展缓慢。1986年,在磁陷阶中首次捕获到反质子,从此对反物质有了进一步的认识。研究表明,极少量的物质与它的反物质相互作用(称为“湮没”反应),可迅速释放出巨大的能量,足以压缩钚或铀丸产生链式反应。只要几微克的反物质,就可用作热核爆炸的扳机,或者激励出极强的X射线或γ射线激光。反物质在军事上有多种用途,它是目前研究的第四代核武器中最重要的一种,在美国费米国立加速器研究所、法国和瑞士合建的欧洲核研究中心以及俄罗斯的高能物质研究所,都在进行反物质的生产和研究。
反物质武器的研发历史
原子弹和氢弹是早已广为人知的核武器。美国于1945年在日本广岛和长崎投掷的2颗原子弹,在广岛投掷的代号为“男孩”的原子弹是利用铀核裂变反应释放的能量制造的炸弹,称为铀弹。在长崎投掷的代号为“胖子”的原子弹则是利用钚核裂变反应释放的能量制造的炸弹,称为钚弹。中国爆炸的第一颗原子弹,也是利用铀核裂变反应释放的能量制造的炸弹,故同为铀弹。它们都属于第一代核武器。几年后,氢弹试验成功。氢弹是利用轻核(氘、氚)聚变反应释放的能量制造的炸弹,具有更大杀伤力,属于第二代核武器。原子弹和氢弹有五大毁伤作用,即冲击波、光辐射、贯穿辐射、放射性污染和电磁脉冲。 后来根据战术的需要,增强或减弱核武器某方面的毁伤作用,武器专家开发出了第三代核武器。例如:增强辐射的核武器——中子弹,增强冲击波的核武器——冲击波弹,增强放射性污染的核武器——感生放射性弹,增强X射线的核武器——X射线弹,减少放射性沉降物的核武器——弱剩余放射性武器,等等。美国正在积极发展威力小于5000吨TNT当量、借助精确制导技术摧毁地下指挥部和武器库的钻地核弹,它也属于第三代核武器,为了适应新的形势、满足现代战争的需要,武器专家们又在动脑筋开发研究第四代核武器。世界万物都有“同性相斥、异性相吸”的共性。反物质也一样,它一旦遇上正物质,就与之“迅速结合、互相湮灭”。这种“湮灭”(annihilation)并非正反两种物质化为乌有而消失,实际上,它们的质量会转变成能量完全释放。按照著名的爱因斯坦质量能量关系式E=m·c^2可以计算出释放的能量:1毫克反物质“湮灭”放出的能量达到1800亿焦耳,约等于43吨TNT当量。目前最大的核弹——苏联的“沙皇炸弹”约为5000万吨TNT当量,也仅相当于1.1千克反物质湮灭产生的能量。反物质炸弹易于引爆。它不像原子弹那样必须达到临界质量,即使特别微小的质量也能造成爆炸:它也不像氢弹那样要求很高的爆炸点火温度。反物质炸弹还有一个很重要的优点,这就是它与原子弹、氢弹不同,爆炸后不残留放射性物质、不造成放射性污染。总之,反物质之所以被选来制造第四代核武器,主要原因有三:①反物质武器能量密度高、爆炸威力大;②反物质制造和利用的技术难度高、耗资大,一般国家不易掌握和实现,便于超级大国独自拥有;③反物质武器虽然从性质上也属于核武器,但国际社会通常把它视作常规武器,因此不受禁止核试验条约的限制。反物质武器炸药怎么制造?迄今为止,科学家还没有发现地球上有反物质存在,于是提出了两条获取反物质的途径:一是在实验室里制造,二是到宇宙中去寻找。 为了在实验室里制造反物质,科学家考虑,氢原子是构造最简单的原子,它的原子核中只有一个质子、核外只有一个电子,因此制造反氢原子相对容易。于是他们用粒子加速器使原子核与质子相撞,制造出反质子:从释放正电子的放射性衰变反应中收集正电子。制造反粒子的另一个难题,是如何安全地贮藏和保存它。科学家想出了用磁场“陷阱”来束缚反粒子的方法。即高速原子核和质子相撞产生反质子之后,用减速器将其速度降低到光速的1/10,然后用高能磁场做“陷阱”将其束缚起来,再用电场将其速度进一步降低下来。另一方面,科学家们也用电磁场“陷阱”来减速由放射性衰变收集来的正电子。最终,减速了的负质子和正电子在电磁场“陷阱”中结合,形成反氢原子。1995年,设想终于成为现实。世界上第一家反物质研制工厂一一位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心制造出了第一个反氢原子。在世界各地9个研究所39位科学家的通力合作下,到2002年底,已经制造出了约5万个反氢原子。但是反物质的产量离可使用量还有很大距离。 宇宙有反物质存在吗?从哲学角度来讲,这个问题很容易回答。部分天文学家也认为有存在的可能,但现代天文学还拿不出令人信服的证据。否定反物质的人很多,美国宇宙学家施拉姆(Schramm)说:“大多数理论家的直觉,不存在反物质。这意味着如果你找到它,那是一个伟大的发现,证明这些理论家都是错误的。但是最大的可能是,这意味着你找不到它。”目前,由丁肇中主持的这项研究已有16个国家的科学家参与其中,投入的资金更是高达1000多亿美元。许多科学家表示:只要能发现宇宙反物质的存在,那么这将是当之无愧的诺贝尔奖。该探测器已于2005年发射升空并永久停留在太空,东南大学还将建立一个数据接收分析中心和培训中心作为配套项目。丁肇中认为,如果反物质确实存在,当正物质与反物质碰撞时可以产生巨大的能量。他现在所主持的“寻找宇宙中的暗物质和反物质”的研究已进行多年,目前已取得一些重要成果。“但是,从这一领域发展的历史来看,人们要有思想准备,也许我们会发现意想不到的东西,与原先想研究的东西毫无关系。”丁肇中很慎重地表示。 天体有巨大的引力,在巨大的引力作用下,会发生各类反应,并发光发热。物极必反,拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)曾经大胆预言:宇宙中最大的天体有可能是看不见的。当引力随质量增大时,天体会变成一个一无所有的区域,既不发热,也不发光,现在我们称之为“黑洞”(Black Hole)。因此宇宙更多的是由不可见的暗物质或反物质组成,我们肉眼和天文仪器所能“看”到的只是以恒星或以星系形式存在的宇宙结构,这些物质只占宇宙总体的10%,90%的物质是以暗物质或其他结构形式存在。显而易见,对可见物质的巨大引力的存在表明了暗物质或反物质的存在。可是我们用光无法探测到,用红外线、紫外线和X光都无法探觅到它们的足迹。同样的,对应着现存的星系结构体系,有由相反的反宇宙结构体系存在吗?其实早在1898年,一位英国物理学家就提出:与物质存在一样,有一个镜像对应的反物质存在。受当时科学水平和试验条件的限制,这个反物质概念没有一点事实依据,因此在宇宙深处存在由反物质组成的宇宙恒星云只能属于纯粹意义上的假说。到宇宙中去寻找反物质也决非易事。茫茫宇宙中哪里存在反物质?无人知晓。诺贝尔物理奖得者、美籍华人科学家丁肇中教授正在领衔实施一项到宇宙中去寻找反物质的国际太空反物质探索计划。到宇宙中去找反物质,需要先进的粒子物理传感仪。1998年,中国研制的传感仪·阿尔法磁谱仪由美国发现号航天飞机带到了太空;另一台新阿尔法磁谱仪计划在2008年组装完毕,搭载美国宇宙飞船升空,继续寻找反物质。1997年科学家宣布发现了“银心反物质喷泉”极大地震撼了整个物理学界,使科学家们寻找反物质的热情一下子高涨起来。1997年4月,美国天文学家宣布他们利用伽马射线探测卫星发现,在银河系上方约3500光年处有一个不断喷射反物质的反物质源,它喷射出的反物质形成了一个高达2940光年的“反物质喷泉”。 一般储存反物质的储存系统,是动态的而不像其他的为静态的,储存系统内部通常都会具备自备的能源系统,和一些保护措施,其实反物质储存是一种构造非常精密的技术。 利用负物质的超排斥力,来压缩反物质,由于负物质会因为超排斥力绝对不可能和反物质接触,所以可以非常妥善封住反物质,这是最终的反物质储存方法,可以储存非常大量的反物质。