石墨与石墨炸弹.doc

石墨与石墨炸弹石墨和金刚石都是由碳元素形成的单质晶体，但它们的结构、性质却大不相同。由于石墨晶体同层中的高域电子可以在整个C原子平面层中活动，放石墨具有层向的良好导电导热性质。又由于层间是以分子间作用力结合起来，使石墨易沿着与层平行的方向滑动，故石墨较具有润滑性。基于上述性质，石墨被大量用来制作电极、坩埚、电刷、润滑剂、铅笔等。在海湾战争和北约轰炸南联盟时都使用了碳丝制成的石墨炸弹，致使电网瘫痪、损失惨重。何谓石墨炸弹？为何具有如此惊人的威力？ 石墨炸弹又名软炸弹（Soft Bomb），因其不以杀伤敌方兵员为目的而得名。又因其对供电系统的强大破坏力而被称为断电炸弹（Blackout Bomb）。石墨炸弹是选用经过特殊处理的碳丝制成，每根碳丝的直径相当小，仅有几千分之一厘米，因此，可在高空中长时间漂浮。由于碳丝经过流体能量研磨加工制成，且又经过化学清洗，因此，极大地提高了碳丝的传导性能。碳丝没有粘性，却能附在一切物体表面。它通过爆炸或火药引爆散布在敌方阵地，破坏敌方防空和发电设备。碳丝可进人电子设备内部、冷却管道和控制系统的黑匣子。碳丝弹头对包括停在跑道上的飞机、电子设备、发电厂的电网等所有东西都产生破坏作用。90年代初，海湾战争时，石墨炸弹在“沙漠风暴”行动中首次登场。当时，美国海军发射舰载战斧式巡航导弹，向伊拉克投掷石墨炸弹，攻击其供电设施，使伊拉克全国供电系统85瘫痪。90年代末，以美国为首的北约对南斯拉夫的空袭中，美国空军使用的石墨炸弹型号为BLU114B，由Fll7A隐形战斗机于1999年5月2日首次对南电网进行攻击，造成南全国70的地区断电。随后在5月7 日，美国空军再次使用石墨炸弹对南斯拉夫刚刚修复的供电系统实施打击。石墨炸弹的破坏原理如下（1）激光制导的炸弹炸开、旋转并释放出100200个小的罐体，每个约有可乐罐大小。（2）每个小罐均带有一个小降落伞，打开后使得小罐减速并保持垂直（3）小型的爆炸装置起爆，使小罐底部弹开，释放出石墨纤维线团。（4）石墨纤维在空中展开，互相交织，形成网状。（5）由于石黑纤维有强导电性，当其搭在供电线路上时即产生短路造成供电设施崩溃。我们都知道，电力从发电厂输送到最终用户需要通过四通八达且十分复杂的传输和变电网络。电厂发电机输出的电力电压约为25000V，然后通过变压器将电压升高至40000V输人供电网，以提高电力输送效率，减少传输线路上的电力损耗。由于输电线的电压极高，目前均使用高架裸线传输。电力到达最终用户之前，再通过数级变电站和变压器，将传输高电压降至标准工业或民用电压，即接入我们千家万户电表箱的电压，如220V或110V。BLU114B石墨炸弹中施放出的碳素纤维较海湾战争中使用的同类武器更加纤细，纤维直径只有百分之几毫米。当石墨炸弹在开启、引爆后，无数碳素纤维线团使飘然展开，千丝万缕，如丝如絮，像一团团飘浮的白云。一旦搭落在裸露的高压电力传输线上或变电站（所）变压器及其它电力传输设备上，就会使高压电极之间产生短路，由于强大的短路电流通过石墨纤维使其汽化，产生电弧，并使导电的石墨纤维涂复在电力设备上，加剧了短路的破坏效果。在电场极强的区域，将会发生放电现象，即由电子迅速地形成离子通道导电并产生电弧。由此产生的高温会使放电的两极局部熔化。电弧和因短路过载而过热的供电设备也会引起失火，造成破坏。使遭受攻击的供电网瘫痪，引起大范围停电。石墨炸弹的另一技术特点体现在其运载工具和制导定位方面。若使用全球定位系统（GPS）或惯性导航系统制导、传感器引爆的运载工具，石墨炸弹可使用多种战机进行准确投放。而使用成本低廉的非制导的运载工具投放，则会出现百余米的攻击误差。难怪新闻媒体报道，南斯拉夫老大妈抱怨北约飞机给她的花园蒙上一层讨厌而昂贵的石墨纤维“地膜”。核武器1945年8月6日在日本广岛上空爆炸的首枚原子弹震惊了整个世界，它标志着核武器开始进入军事领域。随着1952年氢弹的试验成功，核武器家族增加了一个新成员。1999年回击美国“考克斯报告”，我国已公开宣布“中国早在七八十年代就已掌握了中子弹设计技术”。制造技术复杂的中子弹也就成了该家族的老三。下面就核武器的三兄弟原子弹、氢弹和中子弹的原理、威力、发展等情况作简单介绍。原子弹它是利用核裂变释放出的巨大能量以达到杀伤破坏作用的一种爆炸性核武器。伟大的物理学家爱因斯坦在给美国总统的一封信中曾谈到原子核变化将伴随放出大量的能量，这种能量如能利用将是十分可观的内容。根据这一启示，出于战争和政治的需要，美国政府从1942年秋天开始成立陆军曼哈顿工程区，执行核武器研制计划。在原子弹之父、美籍犹太人青年学者奥本海默的领导下，一个由上百名科学家和几十万工作人员组成的群体，团结协作，各尽其能，运转自如，经过三年的努力，到1945年为美国陆军制造出三颗原子弹。1945年7月16日首次成功地进行了原子弹爆炸试验，紧接着同年8月6日在日本广岛上空爆炸了首枚原子弹，其威力相当于2万吨TNT炸药，造成了有30万人口城市中的9万至于人丧生和5万人受伤，引起了世界的震动。紧接着苏联在1949年爆炸了第一颗原子弹。英国和法国也分别于1952年和1960年各自爆炸了一颗原子弹。我国科研工作者坚持自力更生的原则，克服难以想象的种种困难于1964年10月M6日向全世界宣告原子弹爆炸成功，成为世界上第五个拥有原子弹的国家。原子弹爆炸的原理是在爆炸前，将核原料（U235或Pu239）装在弹体内分成几小块，每块质量都小于临界质量。这里的所谓临界质量是指裂变物质能实行自持链式反应所需的裂变物质的最少质量。爆炸时，控制机构首先引爆普通烈性炸药，产生高温高压，使二块或几小块铀（或钚）燃料迅速聚合而超过临界质量，形成不可控制的裂变链式反应，产生巨大的能量，从而引起猛烈爆炸，以其强大的光辐射和冲击波，杀伤人员，破坏房屋结构和各种军事设施。其核反应如下：U235+n。Ba114+Kr90+2n。+Q放出的中子，继续使U235裂变，使反应呈链式进行，越来越快，无法控制并放出巨大能量。裂变的产物不止一种。用作原子弹的核材料，既可以是铀235，也可以是钚239。根据计算生产一颗原子弹大约要用92的铀1216 kg或用93的钚69kg。一般情况下。一吨钚可以制造120枚核弹头，根据一个国家贮存的浓缩铀和钚的数量，可以大致推测其生产原子弹的最大能力。根据起爆装置的不同，原子弹可以分成三大类型：1枪型原子弹用雷管引发普通烈性炸药爆炸，然后弹内的圆柱形铀块（或钚块）经导向槽射向另一铀（钚）块的中间，使铀（钚）块的总质量超过临界质量而发生强烈爆炸。当然这种过程是瞬间完成的。2内聚型原子弹用普通烈性炸药制成球形装置，将小于临界质量的核原料（铀或钚）置于炸药球中，通过雷管引发炸药球起爆，形成向球心聚焦的压缩波，使核原料质量迅速增大超过临界质量而引起猛烈爆炸。3枪型内聚型混合式原子弹现在的原子弹都是这种形式，其优点是核原料（核燃料）的利用率比较高。氢弹氢弹是利用氢元素在高温下的核聚变反应放出巨大能量而产生杀伤破坏作用的一种爆炸性核武器。核聚变反应必须在高温（几千万至1亿度）才能使带有正电荷的二个原子核克服静电斥力而被此靠近，发生反应。在1942年美国科学家特勒提出，可以利用原子弹爆炸产生的高温引起核聚变。1950年美国政府决定制造氢弹。经历很短一段时间后，特勒发现了制造氢弹的关键公式，并于1951年5月制成以原子弹为点装置，以液态氘和氚为热核燃料的氢弹。1952年11月1日在美国马绍尔群岛的一个珊瑚岛上爆炸了世界上第一颗氢弹，爆炸威力相于1000万吨TNT当量，是在日本广岛上空爆炸的2万吨级原子弹的500倍。氢弹的结构原理：氢弹的中心部分是“枪”型原子弹，周围是氘、氚和锂等热核原料，最外层是坚固的外壳。引爆时，先使“枪”型原子弹爆炸产生高温高压，同时放出大量中子，中子与氘化锂中的锂反应产生氚，氘和氚在高温高压下发生核聚变反应释放出更大的能量引起爆炸。其核反应如下： 氚 氘其中14.1兆电子伏特表现为中子的动能；3.5兆电子伏特表现为核产物的动能。由于它不受临界质量的限制，所以可以根据需要制造大小不等的氢弹。氢弹对核燃料和运输条件要求严格。氘和氚在常温常压下是气态，体积大而且不易存放，因此要用低温或超高压使其液化或固化。美国爆炸的第一颗氢弹的核材料是液态的氘和氚的混和物，所以叫做“湿法”氢弹，其重量达65吨，因此无法用飞机运载。1953年苏联爆炸的氢弹，用的是锂和氘的固化物氘化锂，称为“干法”氢弹，它的体积和重量均可大大缩小。第三种氢弹叫“氢铀弹”，它是在氢弹的外面包上一层厚厚的铀238，因为这种铀238没有临界质量的问题，所以可做得很厚，这种氢铀弹爆炸时，裂变能和聚变能可以各占一半左右，也可以使裂变能达到80左右。这种氢铀弹爆炸后的放射性产物污染严重，人们称之为“肮脏”氢弹。如1954年3月1日美国在马绍尔群岛中进行的第一次氢铀弹爆炸，当时远离爆炸中心200公里处的一艘日本渔船上有23人全部由于放射性尘埃的污染而得了放射病，其中一个人半年后死亡。上述二种核武器都称为战略核武器。中子弹它是一种以原子核释放高能中子和Y射线为主要杀伤手段的战术核武器。它是利用氢弹的原理，在上亿度的高温下，让中子和锂发生反应产生氚，然后由氘化锂中的氘和氚发生聚变反应，放出高能量的中子和射线，其中子数量比原子弹多十倍以上，因此能穿透厚厚的铁甲和防御材料，杀伤内部人员。中子弹的研究开始于1958年，经过多年研究，美国在印年代末首次试验成功，将中子弹弹头装在一种名叫斯普林特的反弹道导弹上。中子弹爆炸释放的能量，一般相当于上千吨的烈性炸药（TNT），不及氢弹的千分之一，所以又称为“小氢弹”。它的波及范围比原子弹和氢弹小，它的冲击波受到很大削弱，因此对房屋建筑、设施和树木等不会构成严重的威胁，它的攻击范围集中在地球表面半径1000米之内，因为它的穿透力特别强，所以特别适宜杀伤和破坏战场上成批的坦克，装甲车辆等。中子弹可以倾刻之间把它们变成一堆不能动弹的废铁，而且在坦克、装甲车、舰艇中的人员受到射线的照射，必死无疑，因此威摄力相当大。目前已有美国、印度等国家能制造中子弹。小型的中子弹可以制成核导弹弹头、核炮弹弹头，通过飞机或大炮进行发射，是一种灵巧的战术核武器，是航空母舰这种庞然大物的克星。由于我国先后成功地掌握了这三种核武器的设计和制造技术，所以对打破核讹诈、反对军事霸权，维护世界和平发挥着积极作用，可以相信，随着我国经济和科技的进一步发展，这种作用会日益扩大化学武器战争中用来毒害人畜、毁灭生态的有毒物质叫军用毒剂，装有军用毒剂的炮弹、炸弹、火箭弹、导弹、地雷、布(喷)洒器等，统称为化学武器。一、化学武器的种类及其毒害作用: 通常，按化学毒剂的毒害作用把化学武器分为六类：神经性毒剂、糜烂性毒剂、全身中毒性毒剂、失能性毒剂、刺激性毒剂、窒息性毒剂。(1)神经性毒剂 神经性毒剂为有机磷酸酯类衍生物，分为G类和V类神经毒。G类神经毒是指甲氟膦酸烷酯或二烷氨基氰膦酸烷酯类毒剂。主要代表物有塔崩、沙林、棱曼， V类神经毒是指二烷氨基乙基甲基硫代膦酸烷酯类毒剂，主要代表物有维埃克斯（VX）。它们的化学结构见表1，主要理化特性见表2。表1 神经性毒剂主要代表物的化学结构毒剂名称化学名化学结构塔崩 (Tabum)二甲胺基氢膦酸乙酯沙林 (Sarin)甲氟膦酸异丙酯棱曼 (Soman)甲氟膦酸特己酯维埃克斯 (VX)S-(2-二异丙基氨乙基 )-甲基硫代膦酸乙酯表2 神经性毒剂的主要理化特性名称塔崩沙林棱曼VX常温状态无色水样液体，工业品呈红棕色无色水样液体无色水样液体无色油状液体气味微果香味无或微果香味微果香味，工业品有樟脑味无或有硫醇味溶解度微溶于水，易溶于有机溶剂可与水及多种有机溶剂互溶微溶于水，易溶于有机溶剂微溶于水，易溶于有机溶剂水解作用缓慢生成 HCN 和无毒残留物，加碱和煮沸加快水解慢，生成 HF 和无毒残留物，加碱和煮沸加快水解很慢 很难，加碱煮沸加快水解战争使用状态蒸气态或气溶胶态蒸气态或气液滴态蒸气态或气液滴态液滴态或气溶胶态可通过呼吸道、眼睛、皮肤等进入人体，并迅速与胆碱酶结合使其丧失活性，引起神经系统功能紊乱，出现瞳孔缩小、恶心呕吐、呼吸困难、肌肉震颤等症状，重者可迅速致死。(2) 糜烂性毒剂 糜烂性毒剂的主要代表物是芥子气、氮芥和路易斯气。其化学结构及主要理化特征见表3。表3 糜烂性毒剂主要代表物的化学结构及主要理化特征名称芥子气氮芥路易斯气化学名2， 2二氯乙硫醚三氯三乙胺氯乙烯氯胂结构ClCH=CHAsCl2常温状态无色油状液体，工业品呈棕褐色无色油状液体，工业品呈浅褐色无色油状液体，工业品呈深褐色气味大蒜气味微鱼腥味天竺葵味溶解性难溶于水，易溶于有机溶剂难溶于水，易溶于有机溶剂难溶于水，易溶于有机溶剂战争使用状态液滴态或雾状液滴态或雾状液滴态或雾状 糜烂性毒剂主要通过呼吸道、皮肤、眼睛等侵入人体，破坏肌体组织细胞，造成呼吸道粘膜坏死性炎症、皮肤糜烂、眼睛剌痛畏光甚至失明等。这类毒剂渗透力强，中毒后需长期治疗才能痊愈。抗日战争期间，侵华日军先后在我国13个省78个地区使用化学毒剂2000次，其中大部分是芥子气。(3)失能性毒剂 失能性毒剂是一类暂时使人的思维和运动机能发生障碍从而丧失战斗力的化学毒剂。其中主要代表物是1962年美国研制的毕兹。 毕兹(二苯基羟乙酸-3-奎宁环酯)，其化学式结构为： 该毒剂为无嗅、白色或淡黄色结晶。不溶于水，微溶于乙醇。战争使用状态为烟状。主要通过呼吸道吸入中毒。中毒症状有：瞳孔散大、头痛幻觉、思维减慢、反应呆痴等。(4)刺激性毒剂 刺激性毒剂是一类刺激眼睛和上呼吸道的毒剂。按毒性作用分为催泪性和喷嚏性毒剂两类。催泪性毒剂主要有氯苯乙酮、西埃斯。喷嚏性毒剂主要有亚当氏气。表4 刺激性毒剂代表物的化学结构和主要物理特性名称西埃斯 (CS)CN亚当氏气化学名邻-氯代苯亚甲基丙二腈苯氯乙酮吩砒嗪化氯化学结构常态白色晶体无色晶体金黄色晶体气味无味荷花香味无味溶解度微溶于水 ,易溶于有机溶剂微溶于水 ,易溶于有机溶剂难溶于水 ,难溶于有机溶剂战争使用状态烟状烟状烟状 刺激性毒剂作用迅速强烈。中毒后，出现眼痛流泪、咳嗽喷嚏等症状。但通常无致死的危险。(5)全身中毒性毒剂 全身中毒性毒剂是一类破坏人体组织细胞氧化功能，引起组织急性缺氧的毒剂，主要代表物有氢氰酸、氯化氢等。 氢氰酸(HCN)是氰化氢的水溶液。有苦杏仁味，可与水及有机物混溶，战争使用状态为蒸气状，主要通过呼吸道吸入中毒，其症状表现为：恶心呕吐、头痛抽风、瞳孔散大、呼吸困难等，重者可迅速死亡。二战期间，德国法西斯曾用氢氰酸一类毒剂残害了集中营里250万战俘和平民。 氯化氢(HCl)的毒性与氢氰酸类似。(6)窒息性毒剂 窒息性毒剂是指损害呼吸器官，引起