一枚原子弹杀伤面积有多大?

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在所有人类研发的核武器中,原子弹是唯一投入过实战,经过了战争的严峻考验,被证明了是行之有效的战略级武器,就是军迷所说的大杀器。

由于旧日本军国主义战争内阁打算实施疯狂的本土防御一亿人玉碎计划,为了尽早结束二战,同时减少在对日本本土登陆作战中美军的伤亡,美空军在日本广岛和长崎上空各空投了一颗原子弹,慑于原子弹强大的摧毁能力,日本天皇选择了无条件投降。

原子弹,是利用铀或钚等重原子核链式裂变反应,瞬间释放出巨大能量并产生爆炸,具有大规模杀伤破坏作用的核武器,爆炸威力一般为几百到几万吨TNT当量。

作为人类研发的非常可怕的战略级武器,原子弹除了在日本本土投入实战以外,战后将近80年来,还从未投入过实战。显然,原子弹对日本当时造成了巨大的伤害,是人类尽管研发成功,但却严格禁止将原子弹再次投入实战的重要原因,全世界见证了原子弹可怕的爆炸威力和破坏力,以及对人类的巨大杀伤力。

至于原子弹爆炸的杀伤面积,与原子弹的爆炸当量有关,此外,应该与原子弹的爆炸方式不无关系,是选择空中战轰机投掷的空爆、还是装上弹道导弹打击对手的地爆等,杀伤面积肯定是不一样的。

据网络上查阅到的资料,美国投掷在长崎上空那颗原子弹,是带降落伞的核航弹,代号叫“ 胖子”,采用了内爆式结构,以钚239作核装药,直径约1.52米,弹长约3.2米,弹重约4.5吨,爆炸威力估计为2万吨梯恩梯当量。

“ 胖子”的爆炸,导致长崎市23万人口中的8.6万余人当日伤亡和失踪,城市60%的建筑物被毁,共14万人受原子弹伤害死亡或陆续死亡。

原子弹,选择空中爆炸时,释放的能量大致冲击波占50%、光辐射35%、贯穿核辐射5%、放射性沾染10%。据科研人员测算实验,小当量原子弹的贯穿核辐射杀伤力最大,而大当量原子弹的光辐射最厉害。

原子弹爆炸时,不同杀伤作用,是同时作用于人体的,一般1千吨级杀伤面积约 0.85公里、 1万吨级杀伤面积约为1.5公里,十万吨级杀伤面积约 3.1公里,百万吨级乃致千万等级的爆炸威力,原子弹是无法胜任的,只有氢弹有此爆炸威力。

据网络上收集到的信息,五角大楼曾经模拟印巴爆发核战争,假如巴基斯坦向印度边境城市阿姆里萨尔投射一枚1万吨级的原子弹,会造成一个直径达2.7公里的爆炸区,会造成112280人在短时间内死亡,另外还有数万人受到致命的核辐射。

如果印度发动报复袭击,向巴基斯坦第二大城市拉合尔投射1.2万吨级原子弹,会造成直径2.8公里的爆炸区,致使122000人死亡,还会形成一条1.6公里宽、10公里里长非常危险的辐射尘埃区。


国平军史


一枚原子弹的杀伤面积并不大。

先说大的,美国在1952年的时候进行了一次引爆两枚核弹的核试验——常青藤行动。

在其中引爆了一枚氢弹Ivy,和另外一枚原子弹king。

为什么提到king,这枚代号叫做国王的核弹是一枚量产核弹,正式编号是MK-18。

重量3900千克,当量50万吨。

MK-18的外形很像美国的MK-6核弹。

实际上,MK-18是MK-6核弹的升级版本,用60千克高纯度的铀-235取代了原本MK-6内部的钚核心。

如果熟悉数据的粉丝,应该知道这枚核弹的重量和美国投下的第一枚原子弹小男孩相差不多,而“小男孩”当年内部的铀-235装药量达到了64千克,比King还多了4千克。但King达到了50万吨的TNT当量。这得益于King采用了内爆式起爆方式,使核材料的利用率大幅度提高。King(MK-18)也是人类历史上当量最大的纯裂变弹(原子弹)了。


说威力:

得益于计算机仿真程序的功劳,我们可以很直接的在系统上模拟一枚核弹爆炸所产生的威力和范围。

最简单的公式则是 :

其中T为万吨当量,R的单位为公里。

这样我们可以简单的计算50万吨的原子弹爆炸的时候直接杀伤距离为3.68公里,波及范围达到94平方公里。


实际上这个范围并不大。同时,要知道的是,一枚1万吨的原子弹爆炸杀伤距离也可以达到1.49公里,杀伤面积为6.97平方公里,实际杀伤面积只差了7.5倍不到。


这里的一个主要原因就在于杀伤半径是和当量的三次方根成正比。这样也就带来了一个很重要的观点,过大当量的核弹收益和付出是不成正比的。

因此即便现在人们已经普遍装备了氢弹的前提下普遍核弹的当量也就是几万吨到50万吨左右。所谓的300万吨甚至一千万吨的核弹,大多数并不是攻击城市目标所使用的武器。——它们是用来炸对方的发射井的。


但即便现在核弹的杀伤范围没有做的很大,也足以杀死在杀伤范围内的大多数人。


军武数据库


一枚原子弹威力有多大呢?原子弹因为只是利用最基础的核裂变能量,因此只能算是核武器中的小弟弟,威力和聚变热核弹头(氢弹)根本没法相提并论。一枚原子弹的杀伤力有多大具体得看它的TNT当量,因此这个区间实际上也是相当宽裕的,但是因为裂变临界质量的限制,上下都有一个极限。


(一枚典型原子弹头的结构)

地球上曾经存在过的威力最小的原子弹是美国于1961年开始制造的W54型内爆式核裂变弹头,它一共有ABC等数十种小型号,TNT当量从10吨到20万吨几乎无所不包,也算是世界上最诡异多变的核弹头之一了。

(W54核弹头)

W54核弹头被做成炮弹以后被称为M-388原子炮弹,重量约为34.5千克,长度约78.7厘米。它最出名的就是装备在戴维克罗克特系列武器系统之上,这一系统分为M28型120毫米无后坐力炮和M29型155毫米榴弹炮,M–388核炮弹的威力约为10吨TNT当量,冲击波和高温辐射的绝对致死半径约为100米,核辐射致死半径约为150米。

(120毫米无后坐力炮)


(M29型155榴弹炮核弹头试验)

如果常规的炸弹想达到这样的威力需要多重的质量呢?美军装备的威力最大的常规炸弹为著名的炸弹之母—GBU-43燃料空气炸弹,其总重量约9.8吨,内部装填4吨重环氧乙烷燃料空气炸药,而它的爆炸威力也不过11吨TNT当量,作为对比M388核炮弹的重量不到炸弹之母的1%,威力却几乎完全一样,可见相对于传统炸弹来看,原子弹还是具备相当大的先天性优势!
(GBU43炸弹)

(GBU43实际爆炸画面)

那么原子弹的威力可以无限叠加吗?当然不行!原子弹都是通过压缩次临界的铀235和钚239等核材料达到临界质量和密度,从而引发链式核裂变反应,最终引爆原子弹。而如果要增加原子弹的威力,只能不停地叠加核材料的重量,最终引发的结果就是核材料超过临界质量会产生自发核裂变,性能极其不稳定,因此原子弹的威力是有上限的。反之如果核材料太少则不足以引发链式裂变,因此原子弹威力也是有下限的。

(两种原子弹原理基本相同)

人类研制过的威力最大的原子弹是1955年美国在常春藤计划中引爆的MK18助爆型原子弹,它的威力约为50万吨TNT当量。根据有效杀伤距离= C × 爆炸当量^(1/3)................ (C为比例常数,^(1/3)为求立方根),MK18的绝对致死半径约为2千米,有效杀伤半径约为5千米,严重辐射影响范围约为15千米,也就是说一颗50万吨TNT当量的原子弹爆炸,可以对一座50万人口左右的中等规模城市形成毁灭性打击!
(模拟画面)

氢弹因为使用以氚化锂6为主的核聚变材料,这些材料的单位爆炸威力超过铀235和钚239的4倍,而且因为没有临界质量的限制,氢弹的威力理论上可以无限叠加,但是受制于投射平台的运载能力,氢弹的重量实际上也存在一个上限。人类制造过的威力最大的氢弹为著名的沙皇炸弹,也被称为大伊万,它的威力达到了史无前例的5000万吨TNT当量,但是重量也突破天际,达到惊人的27吨,而这也几乎已经是人类核武器的极限!


(广岛长崎原子弹和沙皇炸弹的威力对比)


军武吐槽君


二战后期也就是1945年8月,美国前后两次在日本的广岛与长崎投下“小男孩”和“胖子”两枚原子弹,结果直接促成了当时日本政府的投降决定。而事后两地死伤之惨烈让整个世界为之一震,这是核武器首次用于实战,其威力之巨让世界诸国在战后纷纷上马核试验项目,并在一定程度上影响了联合国常任理事国的选举——当今五大常任理事国都是具备成熟核打击技术的国家。

那么,一枚原子弹的杀伤范围究竟有多大呢?首先我们要了解核武器的杀伤并不同于常规武器的点对点杀伤,其杀伤破坏程度按照作用时间长短可以分为五大因素:在爆炸瞬间核反应迅速,微秒级别即可完成并通过光辐射、冲击波、早期核辐射、核电磁脉四种因素对范围内目标进行瞬间破坏杀伤,以及作用时间可以达到数月数年以致更长时间的后期放射性污染,这也就是核弹爆炸后当地长时间被禁止进入的原因。

不同的原子弹会因为其所承载的炸药量的不同,杀伤范围也有所差异,正常情况下,原子弹杀伤范围和爆炸当量成正比。以实际当量15000吨的“小男孩”原子弹为例,根据国际标准计算公式:杀伤半径=1.493885 × 爆炸当量^(1/3)进行计算后可知,这枚核弹的杀伤半径为1.71千米。

之所以产生如此巨大的威慑效果,和我们之前分析的后期杀伤能力有直接关系。当今核武器当量早已超过万吨级别,广岛长崎两地死伤的数十万条生命也在不断地警示后人:避免战争,和平发展才是稳步前进之路。



HelloNorth


原子弹属于早期裂变型核武器,杀伤面积相比于第二代的氢弹来说非常小。在核武器刚刚诞生的那个时期,原子弹是作为战略核武器使用,但是到了冷战中后期低原子弹已经只能作为战术核武器对前沿装甲地域实施核突袭。而美国则在80年代将裂变武器直接退役,只保留当量不等的聚变武器,也就是我们所说的氢弹。而目前世界上只有以色列、巴基斯坦、朝鲜这些“非法拥核国”将原子弹作为主力战略核武器,因为他们没有氢弹技术。

核武器的攻击范围其实是有迹可循的,其有效杀伤半径(人员装备90%以上损毁)和有效杀伤面积

  • R=C*爆炸当量^1/3(C取1.493885)
  • S=πR^2

这样计算,1枚1.5万吨级原子弹有效毁伤半径为1.9公里,有效毁伤面积为11.33平方公里。10万吨级的原子弹有效毁伤半径为3.22公里,有效毁伤面积33平方公里。可以看到毁伤半径和毁伤面积并不是与当量呈完全正比关系,只是正相关。下图1-3为模拟“小男孩”对广岛原子弹爆炸毁伤,网络上对于广岛原子弹的认知是“广岛被彻底摧毁”。实际上,投掷在广岛的1.5万级“小男孩”只是对广岛相生桥附近予以完全摧毁,以空爆的方式对建筑物的损害只达到1.67公里(5psi),此范围内大多数建筑物都倒塌。而超压能打破“震碎”玻璃的距离则只有4.52公里,覆盖范围则为64.1平方公里。

如果我们将上面的1.5万吨级“小男孩”模拟投放到现在的东京都,可以看到对整个东京来说毁伤面积是在是太小了。放大到图2这样,其实完全覆盖范围只有十几个街区这么大。

虽然在爆心附近的核辐射、冲击波、光辐射有着极强的杀伤力,但是这三者是随着距离大幅度衰减的。下图为1枚50万吨级核武器(氢弹)超压与距离之间的关系,可以看到爆心1.4公里为30psi,而到了3.5公里则衰减到5psi,5.7公里则进一步降低到2psi。而洲际核导弹的发射井可以抵御近2000psi的超压,也就是说核武器必须精准的在发射井上方爆炸才能保证爆心极高的超压摧毁发射井,否则偏离太大超压急剧下降并不能达到完全摧毁对方固定发射井的能力。这就是为什么洲际弹道导弹和核轰炸机对核武器投放有极高精度要求的原因。所以不要认为核武器的冲击波会无限的向外延伸,这些杀伤方式都是随着距离而极度衰减。

裂变的原子弹当量也是有大有小的,地爆空爆所产生的杀伤范围也是有所不同。目前世界上最大的裂变原子弹是美国在1952年11月15日由B36轰炸机投放的MK18“国王”,在串联多个裂变核心的情况下达到50万吨TNT当量,重量7.8吨,已经达到裂变武器最高当量极限。同样投放到东京,他的有效杀伤范围比“小男孩”大的多,以空爆的方式对建筑物的损害达到5.58公里(5psi),面积达到97.8平方公里。而“震碎”玻璃的范围咋达到15.7公里,面积773平方公里。

然而像“小男孩”这种级别的原子弹直接用于双方交战,其覆盖范围只够2个装甲营的集结地域,一定程度上沦为战术核武器。而“国王”虽然能到50万吨当量,但是自重达到7.8吨,不具备核导弹投送能力。相比于“国王”,美国的W88型聚变武器(氢弹)爆炸当量47.5吨,但是连带重返大气载具的总重量不过360公斤,爆炸和投送效率大大提高。所以五大常任理事国都不再将早期的裂变弹作为战略性核武器使用,都是以效率更高的氢弹及其变种三相弹作为战备值班的战略性核武器。


雏菊西瓜Peterpan



用“灰飞烟灭”来形容一个人瞬间消失不足为过,用来形容一座城市瞬间成为一片死海,一片废墟也同样不足为过,这便是原子弹时代、核武时代的威力,同样这也是人类自己开启的潘多拉魔盒,唯一不同的是,大家早料到结果,更知道结局,但却从未停下过脚步。


原子弹的威力,我们只是想象中的恐怖,但是它的破坏力究竟如何,这是谁也未曾见过的。

但即便如此,闭上眼睛,原子弹爆炸没见过,TNT大家总能耳熟能详吧,威力足以让我们胆战心惊,光听那个名字“TNT”,这个所有武器弹药的根本,小到手榴弹轻松一炸,房倒屋翻;大到弹道导弹,比如我们的东风21,据说一枚轻松送敌人重型航母去海底,重型航母是个什么概念,十万吨的庞然大物,瞬间消失。



而这些在原子弹的威力面前就成了蚂蚁和鲸鱼,地球与太阳之间的差距了。

原子弹的出现,彻底改变了世界的格局,改变了人类的历史,自此,人类迈向了自己挖掘的无底深渊。

原子弹的爆炸威力是用我们之前所说的“TNT”当量来衡量的。“TNT”当量是个什么概念呢?就是说原子弹爆炸的总威力,用能够释放同等威力的“TNT”炸药来衡量,也就是我们所知道的“TNT”当量。


以上说明了原子弹的威力。

这里用一次人类历史上原子弹唯一的实战来作为结束语,那就是“小男孩”和“胖子”这两枚原子弹。

第二次世界大战的1945年8月6日,为逼迫日本无条件投降,美国在日本广岛投下了人类历史上的第一枚原子弹,这就是“小男孩”,其威力相当于15000吨“TNT”的威力,瞬间令这座740平方公里的日本城市变成了人间炼狱。只此一枚,就使广岛死亡20余万,整座城市成为了一片废墟。


1945年8月9日,第二枚原子弹“胖子”光临日本长崎,长崎面积406.4平方公里,同样就这一枚,令这座城市变成了一片废墟,近40%、8.6万人死亡,之后死亡人数不计其数。

这是至今人类历史上仅有的两次原子弹的实战攻击,但足以证明原子弹的威力,正所谓小炸弹大威力。
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冰雹蓝天


由于制约原子弹杀伤范围的因素较多,在实战中原子弹的杀伤范围究竟多大,需要具体情况具体分析。原子弹的杀伤面积的大小会受到很多因素的影响,其中原子弹当量的大小,原子弹的爆炸方式,核爆炸产生的爆炸威力,光辐射范围和核辐射范围以及被轰炸地区的地形特点都会影响到原子弹的杀伤范围。原子弹的当量越大,爆炸的威力也就越大,产生的光辐射和核辐射都会更强,杀伤范围和杀伤效率也会大大提升。一枚2万吨当量的原子弹,肯定不如20万吨当量的原子弹投放在同一地点造成的杀伤范围更大。


而原子弹的爆炸方式不同,对于原子弹杀伤范围和杀伤力也会产生一定的影响。拿美国在1946年的海上核试验来看,美军先在空中投放了一枚原子弹,用来轰炸停留在海上的退役军舰。结果这枚原子弹的战绩非常一般,只不过击沉了5艘吨位较低的舰艇,根本没有达到人们预想中的效果。之后美军从水下试爆了一枚原子弹,这枚水下原子弹的战绩非常出色。击沉了包括两艘战列舰,一艘重型巡洋舰,一艘航母在内的十艘舰艇,这次测试也说明原子弹的轰炸方式不同,产生的威力和杀伤范围差距甚大。


被轰炸地区的地形也是决定原子弹杀伤范围的一个重要因素,在广岛原子弹爆炸时期,因为广岛属于平原地形,遭到的核辐射和光辐射的扩散范围比较大,死伤的人数非常多。而长崎处于三面环山一面环海的特殊地形中,在遭到轰炸后核辐射的扩散范围受到了地形的限制,长崎的死亡人数要远低于广岛。

核爆炸的威力主要受原子弹的当量和裂变程度影响,在爆炸的一瞬间,核武器裂变的程度越高,造成的爆炸威力也就越大。早期的核武器裂变程度都比较低,造成的威力也比较有限,假如现在投放一枚同广岛原子弹当量相同的核弹,造成的爆炸威力和杀伤范围肯定会大大增加。光辐射主要受地形和天气的影响,能够影响光线传播的因素,都能够影响光辐射的范围。



核辐射是核爆炸后持续时间最长的杀伤方式,也是扩散范围最广的一种杀伤方式。影响核辐射杀伤能力的因素有很大,除了地形和核武器当量外,气流变化也是影响核辐射传播的一个重要因素。气流变化对于核辐射的杀伤能力是把双刃剑,气流能够把核辐射带到更远的地方,但是也会降低核辐射的浓度,减弱核辐射的杀伤能力。假如原子弹当量足够,气流比较适合核扩散,又不会过分稀释核辐射,被轰炸地区处于平原,那么核武器将能够达到最大的威力。


军武小咖


原子弹的当量不等,杀伤力自然也不相等。当年美国在日本广岛投放的原子弹属轻量级的,当量大约在十万吨?杀伤面积大约在一二百平方公里的范围,我国第一颗原子弹的当量超过百万吨,前苏联试验爆炸的一颗氢弹当量约在五千万吨。以上数字老朽己记不清了,如有误差请见谅!


王者归来


美国投向广岛的小男孩原子弹的当量一万三千吨TNT就把广岛方圆三十里内化作灰烬,如果当量再大覆盖的面积更大,只因是初型加之当时科技水平所限也只能造出小男孩的原子弹。现在的原子弹当量都在十万百万上千万吨TNT当量,所覆盖的面积由当量来决定。以我国的第一颗原子弹为例,其半径五十公里内每隔五公里的坦克汽车水泥建筑牛马羊猪等,在原子弹爆炸后都消失的剩下灰了,热辐射,光辐射,冲击波下的大地寸草不长,其威力少说十万吨当量。原子弹是震摄用武器,哪国也不敢冒天下大忌使用原子弹,因为原子弹没有赢家。


砚田剑影


要想了解原子弹的杀伤面积,我们要先了解以下几个方面。

原子弹的常用引爆方式

选择不同的引爆高度,对于原子弹的杀伤范围特别是冲击波的杀伤范围有很大的影响。

原子弹常用的引爆方式有触地引爆和空爆两种

触地引爆是用来对付加固目标/点目标的,空爆是用来对付软目标/面目标的,因为空爆能最大化冲击波的威力,而冲击波是原子弹主要的杀伤手段。

原子弹的杀伤方式

光辐射

一颗核弹爆炸后,首先到来的是光辐射(也称热辐射),弹体中的高能粒子所产生的电磁辐射被几厘米厚的空气层完全吸收。使得周围空气的温度急骤上升到几十万度。因此在核爆炸反应区内,除了爆炸气体外,还有炽热的空气。反应区内会形成一个高温高压的炽热气团——火球,并向周围发射光辐射,方圆几公里内,被光照到的物体会瞬间汽化蒸发。

光辐射能引起人员的直接或间接烧伤。当人员直视火球时,强烈闪光可造成眼角膜和视网膜烧伤,并使人遭受闪光盲。当人员吸入灼热的空气时还能导致呼吸道灼伤,轻者咽喉肿痛、咳嗽、声音嘶哑, 重者会呼吸困难以至发生肺水肿,窒息而死。

光辐射还可以使各种易燃物质如纸张、草木、纺织品、塑料、橡胶等炭化和燃烧,使城市造成大火灾。对于不能燃烧的物体,也会因光辐射的光冲量大而被熔融。如土地表面能溶融成大小不一的玻璃状球体

紫圈代表冲击波,红圈代表初始热辐射的范围,处在红圈中的人生存率几乎为0。

冲击波

核武器爆炸的冲击波是指从爆心呈球形向四周传播的高速高压气浪,它是核武器的基本杀伤因素,占核爆炸总能量 50%。

冲击波对人员可造成直接杀伤和间接杀伤。直接杀伤是指冲击波超压和动压直接作用于人体引起的损伤。超压对人体的突然挤压,可造成人员的耳鼓膜和心、肺、胃等内脏出血或破裂损伤;动压可使人体被抛掷而撞击地面或其他物体造成颅脑损伤、骨折、肝脾破裂、体表撕裂等损伤。另外,在冲击波作用下,扬起的沙尘可进入口腔和呼吸道内引起呼吸阻塞。

图为冲击波不同范围的杀伤力,当冲击波达到5psi以上能造成接近50%死亡率,而12psi以上则是近100%死亡率。

放射性沉降

放射性沉降只占核爆杀伤威力的15%,但当进行触地核爆时,其后期杀伤力将大大增加,触地核爆将产生更多的放射性沉降,并将随风扩散影响广袤的国土和大量的人口。造成二次伤亡的威力更是无比之大,具体范围比较难以统计。

此外由于核电磁脉冲在其中的占比非常小,可忽略不计。

公式计算

了解了原子弹的杀伤方式,再来说说原子弹的杀伤范围通用的计算方式,国际上有专门的计算公式:杀伤范围(半径)= C × 爆炸当量^(1/3),C为固定值:1.493885。拿投放在广岛的原子弹(小男孩原子弹)来说,其设计当量为20000吨,实际当量为15000吨,根据计算我们得知,小男孩原子弹的杀伤半径为1.71千米。

不同量级的核弹空爆时各种因素对地面暴露人员的杀伤(指立即死亡或丧失战斗力)半径表(单位是公里):

上述不同杀伤作用是同时作用于人体的,所以核弹的综合性杀伤半径要比上表所列大一些。大家最关心的不同当量核弹对人员的杀伤半径(指立即死亡或丧失战斗力)数据如下(单位是公里):

在有掩体的情况,又会有哪些不同,以100万吨级核弹为例,它对不同隐蔽物后的人员的杀伤半径如下(单位公里):

因而在城市里,百万吨级的核弹空爆后,正好在坚固建筑后的人员在4公里外不会送命,而地铁内人员只要在800-900米外就能躲过一劫。

最后给大家介绍一款核爆模拟软件Nukemap(需要翻墙才能使用):

http://nuclearsecrecy.com/nukemap/

橙色外圈:光辐射烧伤的范围 灰色:空爆杀伤 橙色内圈:核火球


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