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反物質武器
2014/09/21 19:17:52瀏覽910|回應1|推薦16

 

一、反物質介紹

世界由物質組成,物質由分子組成,分子由原子構成,而原子又由原子核和繞核旋轉的電子組成,原子核由質子和中子組成(圖1)。1986年,科學家在磁陷阱中首先捕獲到反質子(帶負電的質子稱反質子,帶正電的電子稱反電子),這一重大的新發現使類對反物質的性能有了突破性認識。而物質與它的反物質的相互作用,又稱互毀效應,可迅速放出巨大能量。反物質是反粒子概念的延伸,例如一顆反電子和一顆反質子能形成一個反氫原,如同電子和質子形成一般物質的氫原子。物質與反物質的結合,如同粒子與反粒子結合一般,會使兩者毀滅,而釋出高能光子或加瑪射線(圖3)。根據爱因斯坦著名的質能關係式——E=mc2,質量消失後全部轉換成能量,產生的能量比核裂分裂和核融合大得多,爆發的能量也大得多,會將100%質量轉化成能量,而利用核融合反應的氫彈則只有7%的質能轉换。反物質武器是目前核武器中最強、最重要的一種。僅幾微克的反物質就可產生極強的χ射線和γ射線,因而在軍事上有多種用途。美國的費米國家加速器研究所、俄羅斯的高能物質研究所、法國瑞士合建的歐洲核研究中心等機構都在進行反物質的研究和生產。1995年歐洲核子研究中心的科學家在實驗室中製造出了世界上第一批反物質--反氫原子。1996年,美國的費米國立加速器實驗室成功製造出7個反氫原子。19974月,美國天文學家宣布利用加瑪射線探测衛星發現,在銀河系上方3500光年處有一個反物質源。2000918,歐洲核子研究中心宣布已成功製造出約5萬個低能狀態的反氫原子,這是人類首次在實驗室條件下製造出大批量的反物質。因為物質與反物質的互毀時帶來最大的能源效率,所以一直有人研究其作為新能源的可行性,主要用於太空火箭航天用即美國NASA規劃的反物質推進火箭(圖4),甚至作為反物質武器。目前人類製造反物質的方式是由加速粒子打擊固定靶產生反粒子,再減速合成。此過程所需要的能量遠大於互毀作用所放出的能量,且生成反物質的速率極低,因此尚不具有經濟價值。

 

 

 圖1  原子構造                圖2  宇宙射線中的正電子與負電子

    

圖3  正反物質結合產生互毀效應  圖4 NASA想像的反物質推進火箭

二、比原子彈還可怕的反物質炸彈

20089月,美國的反物質武器之父愛德華茲突然現身於美國國防部五角大廈,向美軍的高

   官報告他的最新研究成果。反物質武器的研究已獲重大突破——已成功研發了一種能長期有效儲存反物質的容器,這意味著反物質的軍事用途即將實現。反物質武器到底有多大威力呢?愛德華茲主持了的電腦模擬演習:201X年,一名美軍士兵携一枚反物質定時炸彈潛入C國首都,在市中心臨近總参謀部大樓的公共厕所内安裝好候從容撤出。軍事行動開始後,反物質定时炸彈爆炸,C國總参謀部大樓和附屬設施化為灰燼,而這名士兵所携的反物質炸彈只有五千萬分之一克!與核彈不同,反物質炸彈爆炸時並不會產生核輻射,是一種“乾淨的氫彈”。它擁有氫彈爆炸的威力,卻不會造成核輻射污染,反物質研究不只用於戰爭,”爱德華茲解釋:“1反物質就足以為23架航天飛機提供動力。這可以從根本上改變能源供應模式,是一場能源革命。”據科學家們估算,每百萬分之一克的反質子與質子發生互毀(爆炸)後釋放的能量相當於37.8公斤的TNT炸藥,其威力之大令世人震驚。據俄羅斯《科學》網報導,美國軍方現正秘密研製以反物質作為彈藥的“ 質子炸彈,並已在這方面投入了大量資金。美國空軍實驗室介绍稱,

此種反物質炸彈可能會成為一種令人難以置信的強大武器。第一代核武器是用鈾或鈽製造的原子彈。現在製造原子彈的技術已廣為人知,無需進行核試驗就可以研製成功,因此這種武器的擴散已成為當今世界的主要威脅。第二代核武器是熱核武器,即氫彈。研製氫彈需要進行廣泛的核試驗,經過50年的發展,製造這種武器的技術已經成熟,再要取得突破性進展已不大可能。全面禁止核試驗條約目前能够被核大國所接受,從技術上說,這是一個主要原因。第三代核武器是效應經過“剪裁”或增強的核彈,研製這類核武器同樣需要進行核試驗,因此受到全面禁止核試驗條約的限制。第四代核武器是以原子武器的原理為基礎,所用的關鍵研究設施是惯性約束裝置,因此它的發展不受全面禁止核試驗條約的限制。只有那些擁有第二代核武器、掌握先進技術的發達國家才有能力發展第四代核武器。而反物質武器就是美、法、俄等國正在研究的一種第四代核武器。反物質釋放出的能量約為一個鈾原子核分裂時釋出能量的 10 倍,反物質武器在軍事上具有巨大的應用潛能。前蘇聯從50年代就在其氫彈之父薩哈羅夫的领導下從事反物質武器的研製工作。認為在核物理領域中進行互毀反應,其造成新武器的作戰威力大大超過目前最完善的熱核武器。

美國蘭德公司曾耗资200萬美元為美國空軍進行研究,結果得出,反物質的4項軍事用途:一是用作超高速火箭的推進燃料;二是用作空間軌道上軍用站以及其他領域的能量產生器;三是用作啟動各類核彈;四是用作集能速武器。 軍事科學家認為反物質軍用的最大優點就是能量密度極大且易於點點燃,不像原子彈分裂需要臨界質量,也不像氫彈融合要求起始的點火温度。反物質武器

的出現將使現今所有熱核武器黯然失色。儘管反物質武器的研究應用現今還處於探索階段,但科學家堅信,反物質特别是反質子,必定能够為未來提供一種極有軍事應用前途的技術(圖5)。

圖5   反物質炸彈可能會成為一種令人難以置信的強大武器

( 知識學習科學百科 )
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楚欣
等級:6
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2014/09/22 06:12

宇宙射線中的正電子與負電子的圖蠻抽象

一般電子算是正電子還是負電子呢?

如果正電子和負電子就是電子和反電子

是不是電子互毁的原料從宇宙射線中就能捕獲呢?

要是如此能源問題不就全解決了?

所以我說不要再用核四了

我們就等用這種能源吧,没有核廢多乾淨多好

何偉(H101094880) 於 2014-09-22 13:18 回覆:

一般的電子是負電子,正電子壽命短,宇宙射線用磁場捕獲正負電子,逆時針旋轉及順時針旋轉即可分辨正負電子,目前科技尚無法製造大量反物質,核四屬第三代核反應器是過渡能源,仍有其必要性,第四代反應器在安全及廢棄物減量上有顯著進步,核融合及反物質都是清潔的高級能源,不過還須假以時日。