核武器当量- 维基百科，自由的百科全书

因此，一千噸TNT爆炸的能量約定俗成的定為1012大卡，相當於4.184太焦耳。

美國部分核武器的當量（千噸）與核彈質量（千克）的關係圖。

核武器當量 語言 監視 編輯 此條目的主題是核武器當量。

關於當量的其他含義，請見「當量」。

核武器當量是指核武器爆炸後釋放出的能量，通常用釋放出相同能量的三硝基甲苯的噸位來衡量。

常見的單位有千噸（kt）和百萬噸（Mt），有時也用太焦耳（TeraJoules）。

因為測量TNT爆炸產生的能量具有一定主觀性，加之試驗誤差，精確測定很困難（特別是在核武器研發初期）。

因此，一千噸TNT爆炸的能量約定俗成的定為1012大卡，相當於4.184太焦耳。

[1]美國部分核武器的當量（千噸）與核彈質量（千克）的關係圖。

縱橫坐標均為對數。

當量-重量比是指核武器的當量與其重量的比值。

對於聚變武器（熱核武器），當量-重量比的理論極限是每噸位炸彈6百萬噸TNT，相當於25太焦耳/千克。

[2]1960年代曾報道過當量在5.2百萬噸／噸，甚至更高的單彈頭核武器。

[2]但從那時起，為了增加打擊效率，多彈頭核武器受到青睞。

因此，核武器開始小型化，現代單彈頭核武器的當量-重量比開始走下坡路。

目次 1核武器當量的具體例子 1.1當量的極限 2當量的計算和爭議 2.1其他方法和爭議 3參考文獻 4外部連結 核武器當量的具體例子編輯 從上往下當量遞增（大部分數據為近似值）： 核彈 當量 備注 千噸TNT 太焦耳 大衛克羅無後座力砲 0.01 0.042 當量可變的戰術核武器。

彈頭重23千克，是美國核武器中最輕的。

和特殊原子爆破彈藥和GAR-11獵隼式核導彈是同一種彈頭。

"小男孩"自由落體核武器 13-18 54-75 裝藥為鈾-235的裂變核武器，1945年由美國投擲於廣島，是人類第一顆用於實戰的原子彈。

"胖子"自由落體核武器 20-22 84-92 裝藥為鈈-239的裂變核武器，1945年由美國投擲於長崎，是人類第二顆用於實戰的原子彈。

W76（英語：W76）彈頭 100 420 據猜測有12枚此類彈頭在具備多目標重返大氣層運載能力的三叉戟II型彈道飛彈上。

國際條約限制為8枚。

W87（英語：W87）彈頭 300 1,300 有10枚此類彈頭在具備多目標重返大氣層運載能力的LGM-118A維和者導彈上。

W88彈頭 475 1,990 據猜測有12枚此類彈頭在具備多目標重返大氣層運載能力的三叉戟II型彈道飛彈上。

國際條約限制為8枚。

常青藤之王（英語：IvyKing）彈頭 500 2,100 威力最大的裂變核武器。

裝藥為60千克鈾-235。

B83核彈 當量可變 上限為120萬噸TNT;美國現役核武器中威力最大的一種。

常春藤麥克氫彈 10,400 44,000 世界第一個氫彈 勇敢城堡（英語：CastleBravo）熱核武器 15,000 63,000 是美國威力最大的核試驗。

EC17/Mk-17,EC24/Mk-24和B41核彈（Mk-41） 當量可變 是美國威力最大的熱核武器：2500萬噸TNT；Mk-17是體積和質量最大的核武器（18,000千克）；Mk-41（或B41核彈）重達4800千克，當量為2500萬噸TNT，是有史以來當量-重量比最高的核彈。

它們全部是自由落體炸彈，由B-36和平締造者轟炸機空投。

城堡行動系列核試驗 48,200 202,000 是美國威力最大的系列核試驗。

沙皇炸彈 50,000 210,000 是前蘇聯威力最大的核武器，當量為5000萬噸TNT。

如果以貧化鈾代替包覆融合芯（tamper）中的鉛，該彈的當量據稱可以達到一億噸TNT。

截止1996年以來的所有核試驗 510,300 2,135,000 從1945年到1996年，美國、前蘇聯、法國、英國和中國大氣層核試驗的總當量為4.279億噸TNT；上述五國地下核試驗的總當量為0.824億噸TNT。

全部加起來，上述五國的核試驗相當於爆炸了5.103億噸TNT。

其他有核國家（比如印度、巴基斯坦和北朝鮮等）的當量還未計算進去。

[3] 幾個核武器爆炸產生的火球半徑比較。

注意爆炸波及的地區要比火球的範圍大得多。

作為比較，美國GBU-43大型空爆炸彈（MOAB，戲稱為「炸彈之母」）的當量只有11噸TNT；1995年俄克拉何馬城爆炸案中案犯使用的硝銨炸藥只相當於2噸TNT；2015年天津港危化品倉庫爆炸事故當量相當於445噸TNT；2020年貝魯特爆炸事故當量大約在數百噸至一千噸之間的TNT。

即使跟最小的核武器相比，常規爆炸也難以企及。

當量的極限編輯 理論上，裂變核武器所能達到的最高當量-重量比約為每噸位炸彈600萬噸TNT，相當於25太焦耳/千克。

[2]迄今達到的最高值略小於這個極限。

現代小巧核武器的當量-重量比更低，因為需要考慮載具的運載能力。

2500萬噸級的B41核彈的當量-重量比可以達到每噸位炸彈510萬噸TNT。

美國現有的核武器許多無法達到這個水平。

有人猜測如果使用高濃縮氘化鋰-6作為聚變燃料，這個當量-重量比並非不可企及。

目前，B41核彈仍然保持著當量-重量比的世界紀錄。

[2][4]1963年美國能源部解密的文件顯示，美國有技術能力部署運載3500萬噸級核彈頭的大力神II型導彈，也有能力在B-52轟炸機上運載5000到6000萬噸級的核彈頭。

美國政府並未真正執行。

但是，計算顯示這些核彈的當量-重量比都超過2500萬噸級的B41核彈。

有人猜測，保持B41核彈的設計不變，如果用鈾-235代替包覆融合芯中的鈾-238，就可以進一步提高當量-重量比。

在泰勒-烏拉姆設計方案中，鈾-238是最常用的包覆融合芯材料。

美國現有小巧核武器的當量-重量比在每噸位炸彈60萬到220萬噸TNT之間。

大衛克羅無後座力砲的彈頭的當量-重量比在每噸位炸彈400噸至4萬噸TNT。

「小男孩」核彈的當量-重量比在每噸位炸彈4000噸TNT。

已知威力最大的「沙皇炸彈」的當量-重量比在每噸位炸彈200萬噸TNT；據信若使用合適的材料，「沙皇炸彈」的比值可以達到每噸位炸彈400萬噸TNT。

有史以來最大的純裂變核武器「常青藤之王」的當量為50萬噸TNT，也許已經達到了其設計的極限。

使用聚變增強能大大提高此類核彈的效率，但是裂變材料在超過臨界質量後會帶來嚴峻的設計和工程問題，因此裂變核武器的當量是有極限的。

純聚變核武器卻沒有這個問題。

理論上裂變核武器所能達到的最高當量-重量比約為每噸位炸彈600萬噸TNT，實際所達到的值為每噸位炸彈520萬噸TNT。

因此對於空投的核彈，其總當量有一個實際界限。

新一代核武器基本不再有笨重的外殼，增強了提高當量-重量比的可能性。

比如，Mk-36核彈的當量-重量比約為每噸位炸彈125萬噸TNT。

如果其外殼能夠減重2/3，其當量-重量比可提高到每噸位炸彈230萬噸TNT，和更新且更輕的Mk/B-53核彈幾乎一樣。

運載工具的運載能力可以用來猜測核彈的當量。

烏克蘭的安-225運輸機的最大運載能力是250萬噸；如果有這樣一顆250萬噸的核彈，其當量將達到13億噸TNT。

俄羅斯的大型火箭SS-18（R-36導彈）的有效載荷為7.2噸；其能夠攜帶的最大裂變武器相當於3740萬噸TNT。

美國的土星五號火箭的有效載荷為120噸；其能夠攜帶的最大裂變武器相當於7億噸TNT。

現代核武庫中已經很少有大型單彈頭。

取而代之的是多目標重返大氣層載具運載的多彈頭系統。

在當量或者載荷相近時，後者的破壞力遠遠超出前者。

單個彈頭的破壞力是其當量的2/3。

在多彈頭系統中，雖然每個彈頭的破壞力相對小些，但是整體上多彈頭的破壞力不但能夠補償失去的當量數，反而會因為更好的當量-重量比而具有更大的破壞力。

當量的計算和爭議編輯 核爆炸的當量有時很難計算，誤差較大。

當量的計算有幾種方式，比如通過爆炸的範圍、亮度、地震數據和衝擊波的強度來確定。

恩裡科·費米曾用過一種非常粗略的方法來估計三位一體核試的當量。

他在爆炸衝擊波到來時扔出一把碎紙片，然後測量紙片飛了多遠，以此估計爆炸的強度。

[5]  三位一體核試（鈈彈）中的火球，曾被英國物理學家傑弗里·泰勒用於估測爆炸當量。

1950年，英國物理學家傑弗里·泰勒曾利用簡單的量綱分析和對極熱空氣熱容的估計，估算了聖三一核試驗的當量。

他得到的近似值精度頗佳。

起初泰勒的工作是嚴格保密的。

1950年代，當前蘇聯爆炸了同類核彈之後，聖三一核試驗被解密。

泰勒於是發表了一篇文章，其中包括對聖三一核試驗中火球的分析。

泰勒指出，開始時火球的大小R僅僅依賴於爆炸產生的能量E、引爆後的時間t和空氣的密度ρ。

唯一能得到長度量綱的計算公式為： R = S ( E t 2 ρ ) 1 5 {\displaystyleR=S\left({\frac{{E{t}}^{2}}{\rho}}\right)^{\frac{1}{5}}}   S是一個無量綱的常數，是熱容比（γ=Cp/Cv，或者稱作絕熱指數）的低階函數，因此在任何條件下都近似為1。

泰勒觀察了聖三一核試驗中的火球隨時間的變化後發現，R5/t2對核試驗是一個常數，特別是時間在0.38毫秒（衝擊波剛剛形成）和1.93毫秒（大量能量以輻射熱的形式散失）之間。

泰勒選擇了爆炸後t=25毫秒，這時火球半徑為140米。

爆炸當天聖三一的空氣密度為1千克/立方米。

用這些值代入以上公式，泰勒得到聖三一核試驗爆炸當量為二萬二千噸TNT（90太焦耳）。

值得注意的是，聖三一核試驗中的火球是半個火球，而不是一個完整的球。

但是這個簡單的計算得到的結果同官方數據（二萬噸TNT）相差僅10%。

[6]當熱容比γ小於2時，泰勒的常數S可以用下式來估計：[7]S=[75(γ-1)/8π]1/5完全解離空氣分子的熱容比為1.67；極熱的未解離空氣分子的熱容比為1.20。

在核彈火球中的空氣與標准狀態下的空氣恰好有同樣的熱容比：1.40。

根據這個數據，泰勒的常數S在絕熱衝擊波區為1.036。

其他方法和爭議編輯 許多核爆未公布數據，因此其當量均有爭議，特別是涉及到政治的時候。

比如，在廣島和長崎爆炸的原子彈設計相當不同。

事後估計它們的當量很困難。

投擲於廣島的「小男孩」的當量估計為一萬二千到一萬八千噸TNT（誤差20%），投擲於長崎的「胖子」估計為一萬八千到二萬三千噸TNT（誤差10%）。

這樣的數據可以用來評估其它炸彈在實戰中的性能。

比如「常春藤麥克」熱核武器相當於867或578個廣島核彈。

其它受到爭議的還包括「沙皇炸彈」的當量。

不同的政治人物使用不同的數值。

有的說「只有五千萬噸」，另外的則說「五千七百萬噸」。

參考文獻編輯 ^Babrauskas,Vytenis.IgnitionHandbook.Issaquah,WA:FireSciencePublishers/SocietyofFireProtectionEngineers.2003:453.ISBN 0-9728111-3-3.  ^2.02.12.22.3TheB-41Bomb.[2013-03-27].  ^Norris,R.S.;Arkin,W.M.knownnucleartestsworldwide,1945-1995.BulletinoftheAtomicScientists.1996年5月:61–63[2013-03-27].（原始內容存檔於2020-08-20）.  ^TheMK-41,orB41whengivenitsbombdesignation,was...themostefficientbomborwarheadactuallydeployedbyanycountryduringtheColdWarandafterwards.http://www.ieri.be/fr/publications/ierinews/2011/juillet/fission-fusion-and-staging（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. ^TrinityTest,July16,1945EyewitnessReportbyEnricoFermi.[2013-03-27].（原始內容存檔於2018-10-04）.  ^Taylor,G.I.TheDynamicsoftheCombustionProductsbehindPlaneandSphericalDetonationFrontsinExplosives.ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonA.1950,200:235–247[2013-03-27].（原始內容存檔於2017-08-12）.  ^Analyticalmathematicsforphysicalunderstanding,versusabstractnumericalcomputation.[2013-03-27].（原始內容存檔於2019-11-30）.  外部連結編輯 "WhatwastheyieldoftheHiroshimabomb?"（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）(excerptfromofficialreport)"GeneralPrinciplesofNuclearExplosions",Chapter1inSamuelGlasstoneandPhillipDolan,eds.,TheEffectsofNuclearWeapons,3rdedn.(WashingtonD.C.:U.S.DepartmentofDefense/U.S.EnergyResearchandDevelopmentAdministration,1977);providesinformationabouttherelationshipofnuclearyieldstoothereffects(radiation,damage,etc.)."THEMAY1998POKHRANTESTS:ScientificAspects",discussesdifferentmethodsusedtodeterminetheyieldsoftheIndian1998tests.DiscussessomeofthecontroversyovertheIndiantestyields（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）"WhataretherealyieldsofIndia'snucleartests?"fromCareySublette'sNuclearWeaponArchive.orgHigh-YieldNuclearDetonationEffectsSimulator（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） 取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=核武器当量&oldid=73470233」