全氮炸药?看到这个名称的时候,首个想法就是,氮?不会是氮气吧?这也能做炸药?
是的,全氮炸药中的氮还真就是氮气的氮。
而且威力要比TNT炸药威力还要大,能量堪比核弹,最关键它还很绿色。
如今核武器已经发展到了第三代。
首代是裂变武器,代表就是原子弹;二代是聚变武器,代表是氢弹;三代是中子武器,代表是中子弹。
如今核弹的第四代产品,或将是一种以氮为原料的核武器。
那么今天就围绕着氮做炸药的这件事,来说一说。
了解一下各种各样的爆炸。能作为炸药使用,本身必须含有高质量的能量。
而这种高质量的能量,有化学能、应变能等等的能量。
其一,化学能爆炸。
生活中见到的炸药,来自于巨大化学能的释放,原理很简单,所谓的化学能一般是被存放在化学键中。
当化学键断裂之后(注:通常是通过燃烧达到目的,特殊情况是碰撞等等),就会释放出大量的热能,并由此产生高温高压气体。
这些气体膨胀对外做功,就会将周围的物质抛射或者是压缩,这就是爆炸。
当然如果气体膨胀的速度比音速还要快,就会产生冲击波,以至于将固体碎片以高速度进行抛射。
而这些抛射的固体碎片,会以非常大的力量,将对抛射范围的人或者建筑物产生攻击效果。
这就产生了爆炸的致命结果。
其二,应变能。
鲁伯特王子之泪,这种东西看起来就像是一个大号的蝌蚪,圆圆的脑袋,还带着长长的弯曲的尾巴。
虽然被叫做王子之泪,但它其实就是一点熔融的玻璃,掉入到冷水中形成的。
这种东西有一个特点,用锤子去敲打,没有碎裂就不说了,还会将锤子进行反震,把锤子弹起。
当然它也有弱点,将尾巴折断之后,直接就会变成粉末。
至于原因也很简单,在熔融玻璃形成蝌蚪形状的过程中,其内部聚集了很大的应变能量。
所以在直面铁锤敲击的时候,应变能量聚集扛住了铁锤的敲击,还将铁锤反弹,可见能量很大。
而将尾巴折断,这股应变能力被释放了出来,这就像气球泄了气一样,但和气球泄气所不同的是,同时将本体摧毁变成了粉末。
这个过程就是一个爆炸过程,产生的冲击波将本体碎裂成了粉末。
当然这种情况下的应变能看起来威力不是很大,只能把自己给摧毁了,好像没有用。
这么想是错误的,还有一种应变能具备更大威力的爆炸。
比如钻石应变能的爆炸。
钻石形成的环境是在高温高压的极端环境中形成的,它也被叫做自然界中最坚硬的物质。
钻石的结构很稳定,但在科学家的眼里钻石仅仅是一种亚稳定状态,比它还要稳定的应该是石墨。
因为将时间拉长之后,比如拉长到宇宙时间来看待的话,钻石最终的归属会变成石墨。
说道这里,科学家们就想到了一个问题。
钻石既然是在高温高压下诞生的,也就是说在这个过程中它吸收了很多的能量。
而钻石属于亚稳定状态,说明它可以被碾碎变成石墨。
那么钻石是不是可以当做炸药,将它存储在里面的能量碾碎释放出呢?
答案是可以,而这种能量就是一种应变能能量。
这种爆炸其实已经做到了,只不过是应用在了医学上了。
过程也简单,使用纳米级的钻石,送到病患处,比如肿瘤。
将纳米钻石固定之后,使用紫外线进行照射,从而让纳米钻石膨胀爆炸,将肿瘤细胞炸死。
这种爆炸显然威力不会很大,那么钻石作为炸药,能不能提高威力呢?
美国陆军实验室里,一位叫珍妮.詹金斯的人,就做到了。
过程和上边治疗肿瘤是不一样的,首先将纳米钻放入到一个六角形的足球烯中。
这就像用一个网兜将纳米钻给兜住,当然里面的纳米钻必须塞满。
为什么选择足球烯呢?
因为足球烯弹性十足,不仅意味着可以塞入更多的纳米钻,也意味着在纳米钻爆炸的时候,可以束缚住更多的能量。
当能量聚集到临界点之后发生爆炸,这样的威力会更大。
所以这种钻石炸弹的爆炸分两个阶段,先是纳米钻发生爆炸,产生高温高压气体,气体膨胀将足球烯撑起,然后发生第二次爆炸。
而二次引爆的不是应变能,是足球烯化学键撕裂之后,产生的化学能。
这种爆炸产生的能量堪比火箭燃料的能量,所以钻石炸药很有可能会成为新一代的火箭燃料。
当然钻石爆炸,需要解决两个问题。
其一、价格,钻石的价格可不便宜,当然随着人造钻石的普及,这个问题也就不再是问题。
其二、想要引爆纳米钻需要高功率激光,目前的技术还达不到这个要求。
有了这些知识,下边的事情就好说了。
氮真的能做炸药?空气中大约有78%的物质是氮气,而氮气有两个氮原子构成,结构异常的稳定,稳定到在大多数的情况下不会和其他物质发生反应。
所以氮气也被叫做惰性极强的气体。
1772年发现氮气的科学家丹尼尔.卢瑟福,都将氮气叫做死的空气。
虽然是这么说,但地球上所有的生命形式还都需要氮气,比如微生物就具备将氮气转化为更为活泼形式的能力。
氮气很奇妙,那么科学家们对于氮气也就进行了更为深入的了解。
不过在随后一百多年中的研究观察中,科学家们并没有看到氮有什么变化。
甚至认为氮太稳定了,稳定到只能以双原子的形式出现在世人的面前,要知道氧原子不仅可以两个原子结合构成氧气,还可以三个原子结合到一起构成臭氧;硫原子甚至可以做到,六个、七个、八个、甚至是十个结合到一起。
就在科学家们打算放弃的时候,在1890年的时候,科学家们发现了三个氮原子结合在一起的氮。
这是一种带有负电荷的叠氮离子,而这种叠氮离子一旦和金属进行混合的时候,就会变成一种具有爆炸性的化合物。
期间科学家们尝试了用铅、水银、甚至是钡和叠氮离子进行混合,以至于形成了很多具备爆炸属性的化合物。
到这里出现一个问题,为什么双原子构成的氮会非常的稳定,到了三原子的时候,不稳定到要爆炸的程度?
用科学的解释有些复杂,用形象一点的比喻来做解释。
求取稳定是所有物质的一个基本属性,那么氮作为双原子结构的时候,是极为稳定的。
而其他不稳定的元素,在遇到三原子氮,为了求取这份稳定,当然就会和三原子氮进行结合。
这个过程非常的急切,急切到形成的化合物不稳定到要爆炸的程度。
那么这种爆炸的威力如何?
很大,以双原子氮结构来说,彼此之间就有三条化学键连接。
这在化学能上,可以说是非常多的了,如果是三个氮原子或者是更多的氮原子结合在一起呢?
显然化学键会更多,也就意味着储存的化学能会更多,那么释放出来的能量就会更大。
接着往下说。三原子氮出现,科学家们又产生了一个疑问,既然已经发现了三个原子凑在一起的氮,那么还有没有其他形式的氮呢?
可科学家们似乎又走入了死胡同,相当长的一段时间里并没有太大的发现。
之所以会出现这种情况,有很多原因,其中最为关键的原因,双原子氮以外的结构,都具有爆炸性。
一旦发生爆炸,不说实验室如何,实验室里工作的人员也会受到危险。
所以这项工作很少有人触及。
当然很少,并不意味着没有。
直到1999年的时候,五原子氮结构被发现了。
发现这个物质的是位于加州美国空军研究实验室的美国科学家。
这种五原子氮和三原子氮又不一样了,它是带正电的氮。
得到的过程是非常的危险的,使用了三种原料,其一叠氮酸,一种危险到爆表的炸药;其二毒性极强的砷化物;其三氟化氢,这是一种腐蚀性极强的液体,能够将玻璃溶解。
三种原料,三种危险,所以在配置的时候,危险程度可想而知。
怎么去做呢?先是将前两种原料按照一定比例溶入到第三种物质中,通过化学反应,得到一种白色固定。
这种白色的固体就是五原子氮,这种物质常温下很稳定,但稍稍发生碰撞,或者是将温度提升那么一点,就会爆炸。
这位科学家在研究的过程中,就发生过爆炸,炸坏了一部分实验设备。
显然这种物质不能够使用。
那么接下来要做的就是,再合成一种可以存在于常温下,而且全部都是由氮元素构成的固体,这样就可以安全的使用了。
中国的进展2017年的时候,南京理工大学胡炳成教授带领的团队,突破了这个限制。
他们合成了一种叫做多氮化物的物质,这种物质和美国的五氮原子结构有所不同,所含氮是阴离子。
而且这种全氮阴离子盐的分解温度是一百一十六度,所以在常温下可以说是稳定。
比美国的实验小组得出的成果,要实用的多。
最关键的是,胡炳成教授团队所使用的原料价格非常的低廉,这就具备了工业推广的条件之一。
当然了美国也不甘示弱,后来还是上文提到的那位叫做珍妮.詹金斯的科学家,合成出了全新的多氮化合物。
这是一种在巨大高压钻石的压腔内合成的蓝色液体,密度是水的三倍,是液态氢的五十倍。
截止到2018年的时候,也只合成了三克,被存放在77K的低温环境中。
至于威力如何?
很可惜没办法进行测试,因为想要测试一次就需要十克的量,而且这种测试还必须是多次测试才行。
但在理论上可以推算出,威力可以达到TNT的三到十倍的威力。
最关键的是,这种多氮化合物很不稳定,需要进行低温保存,而且遇到空气就会发生爆炸。
同样不具备实用价值。
所以中国在2017年合成的全氮物质,是最重大的突破。
这种实验还在不断的推进中。
在2023年中国的科研团队,再次驯服了这种物质,立方氮横空出世。
而且还能进行量产,也就是说在常温下不存在不稳定的情况,可以作为一般炸药来使用。
事实上立方氮想要分解需要四百八十八度的高温,能量密度是TNT的五倍。
最关键的是,立方氮使用之后,所产生的物质只有氮气。
所以要说到环保绿色,立方氮可以说是首屈一指。
说道这里,似乎和题目中提到的可以作为第四代核武器没有太大关系。
这就需要氮的研究继续推进了。
最终的目标是金属氮,TNT炸药的能量密度连这种物质的十分之一都不到。
如果金属氮被制作出来,那么作为核弹的原料,他的杀伤性将远超原子弹的威力,仅仅爆炸时产生的瞬间高温,就可以达到七千七百度,摧毁一座城市也只是一瞬间。
而且威力和方向都是可控的,甚至产生的电磁脉冲还会摧毁对方的通信指挥系统,以及电子系统。
当量可以从最小的一吨做起,可以进一步缩小核武器和常规武器的界限。
如果进一步的去想这个问题,那么金属氮的体积可以被做到像子弹那么大,彻底实现核武器的小型化。
这就是它当量可控、体积可控最可怕的一点。
爆炸过后,也不会像前三代核武器一样产生污染,爆炸点周围的人员和环境不会受到任何的影响。
它还有一个优点,核武器通常会用原子弹作为引信使用的,而全氮核弹就不需要了,使用激光、强射线、甚至是磁压缩都可以进行引爆。
最后说一句,其实上文提到的全氮阴离子炸药,如果使用二百吨该物质进行引爆的话,威力就已经超过了战场首颗原子弹引爆的威力。
化学能是怎么都比不过核反应的,核反应是消耗了物质的。不过全氮阴离子盐作为常规武器很强力。
TNT的威力放在现代炸药里面本来就是倒数,名气大主要是因为廉价又安全,历史久远所以用的多
200吨才超越小男孩的爆炸当量?要知道小男孩是装载了64kg的铀235。你管这叫堪比核弹?释放的能量密度都不在一个层次,而且小男孩的铀235还不是完全反应的
两百吨,不如直接用氢弹了。这就是替代常规弹药的加强版。有生杀伤力不如云爆弹,电磁效果和使用方式不如电磁炸弹方便。当子弹药威力大,可以用。普通炸弹力量足。
对平台追责
不过是炸药一个方面的突破而已,美国的金属氢炸弹威力是TNT的十倍,是立体氮的两倍。
干脆造一个大的氢能车去炸[呲牙笑][呲牙笑][呲牙笑]
阴离子氮
我觉得研究氮的结构肯定受到印度摩托车队的启发,讲不定印度才是这方面的世界第一。。
氮泵
厉害我的国。
一发必须是一栋楼,按照这个指标研制!以后当量叫多少多少栋[大笑]