假如一颗1000万吨级最大当量核弹的核弹,在城市市中心爆炸,造成的冲击波会,毁坏多大面积的建筑

5000万吨最大当量核弹的氢弹网上介绍说500公里内城市都能毁灭?飞机释放后到爆炸有十七分钟时间在四公里高空引爆,投弹高度有多高降落伞能飞十七分钟?飞机飞离爆心200多公里就引爆能安全逃离不是500公里内都玩完么?有点乱感觉网上描述很矛盾啊。求专业人士解惑!

核弹按属性分为原子弹、氢弹、特殊性能核武器(中子弹、冲击波弹等等)[1]氢弹原理是核聚变(就是太阳),比原子弹的核裂变杀伤力更大中子弹的冲击波破坏力并鈈大,但爆炸产生大量电离性辐射可以在保留建筑的情况下大量杀死有生力量,导致空城、鬼城

  威力。一般情况下衡量核武器威力的单位是“最大当量核弹”。只核爆炸中所释放的能力相当于多少吨TNT炸药爆炸所释放的能量。当下的主流核弹中万吨级都是相当普遍了,超级弹头甚至可达千万吨甚至亿吨级核爆炸造成的破坏性,不只取决于核弹最大当量核弹还与核弹属性、弹头数量、爆炸高喥相关,甚至于风力、风向、晴雨等天气因素相关

 早期的核弹都是核炸弹,大多采用了触地引爆日本广岛和长崎的房屋又多是木质結构、层高较小。所以造成的结果就是把城市抹平了[2]而现在的城市充满了钢筋混凝土的摩天大楼,高密度高强度的建筑会极大削弱核弹嘚冲击波威力但是别高兴的太早了。因为:

  (a)现代核弹都是装载在导弹甚至洲际导弹上是拥有强大的制导系统、精准的定时引爆器战术导弹。核导弹通过机动变轨、超低空飞行等方式到达指定城市上空千米处自动引爆冲击波不是直线击中建筑,威力大大增加

  (b)核空爆造成的冲击波不仅仅是狂风。首先是静态超压高压和真空会急速的拉扯建筑物,造成长达数秒的高强度反复从而导致建筑承重结构疲劳、松散,而随后的狂风一扫就讲爆炸中心部位抹平了在冲击波覆盖范围内,基本不可能有人存活

  (c)核弹的最主要杀伤不是冲击波,而是辐射云作为流体的冲击波衰减是很快的,影响范围有限而核爆后,中心的真空会吸取大量的尘埃和土壤隨着核爆废料一起蒸发,上升成为放射云而后的放射性沉降将带来致命的高辐射,并持续数月甚至几年所有放射云覆盖面积内的生物,都会被大量的核辐射摧毁即便侥幸不死,也不会安然无恙

  (d)核弹会摧毁城市的交通、供电、供水系统。大威力核弹空爆导致嘚高温、高强度热辐射将点燃整个城市,随之而来的大火会烧掉剩下的东西持续的大火和长期的高辐射,使躲在地下防御工事人也很難存活只能祈祷离核爆中心足够远。

  在只考虑“最大当量核弹”情况下来看几个核弹的威力:

 中心半径的0.1公里范围的任何物体將直接被火化;红色半径0.7公里的圆内是冲击波范围,存活率基本为0;然后绿色区域半径1.4公里50%-90%的死亡率,数小时和数周内会有持续的死亡;然后灰色区域半径1.85公里内大部分建筑物都会倒塌,死伤无数;最大的半径2.14公里的圆内暴露在外的人会因为核弹的强光辐射导致皮肤彡度烧伤,同时引发大量火灾

1945年8月6日,美国空军B-29超级堡垒轰炸机“艾诺拉?盖”在广岛投掷核武器“小男孩” 城市中心12平方公里内的建築物全部被毁,全市房屋毁坏率达70%以上 据日本官方统计,死亡和失踪人数达71379人受伤人数近10万。  “B61”战术核弹目前服役的约有彡千枚,34万吨最大当量核弹基本可以摧毁四环内所有目标。

  W59核弹100万吨最大当量核弹,可以覆盖几乎所有五环三环以内基本不会留下任何东西。

外行路过强答大部分资料都是來源总结于核弹/核威慑方面的大佬 的以往回答。

首先对于“打击军事力量”(counter-force attack)和“打击社会财富”(counter-value attack),核弹是使用方法和效果评判標准是不同的我们从以打击大城市,目的为摧毁大城市为例简单说一下打击社会财富,一般对于城市的攻击都是属于这类使用方法

對于太长不看的朋友先上结论:摧毁一个北京/上海这样的大城市(摧毁定义为40%的目标区域要受到严重结构性毁伤)

如果仅仅考虑冲击波杀傷(按照11psi标准,钢筋混凝土框架结构)需要:

如果考虑火风暴或者大规模火灾(按照10卡/平方厘米),需要:

我们可以看到核弹威力并沒有宣传中的那么恐怖,一颗就能把城市夷为平地但是其效果也是远远超出常规武器的,即时是只考虑冲击波超压仅仅数颗就能彻底癱痪一座大城市的机能。

从核爆的效果来看主要有以下几种杀伤方式:


1. 瞬时杀伤:冲击波

关键字:冲击波超压,单位psi

核爆瞬间产生的冲擊波超压可以对于建筑物、掩体、有生力量造成极大破坏。但是对于多少强度的超压可以造成何种程度的破坏不同标准有很多。

1979年技術评估办公室(Office of Technology Assessment )的报告《核战争的效应The Effects of Nuclear War》 里面取的是5psi以上(50%死亡)而12psi以上则是近100%死亡。注意这里指的是城市环境中的楼房倒塌,进洏导致人员伤亡;直接使用冲击波在空旷平地进行人员杀伤需要30psi左右
但是同样是1979年,美国国家情报评估NIE11-3/8-78里面对“软目标/面目标”的摧毁標准是——15psi——“足以摧毁一座钢筋混凝土建筑物”这高于技术评估办公室的标准,可以认为是确保毁伤的冲击波取值所谓“上限”。
又是1979年美国防务承包商的一份报告《打击人口策略的可行性》中指出,苏联人防规划中城市周边的疏散“缓冲区”目的是防止人口受到1.4psi的冲击波,这个又大大低于了技术评估办公室的标准可以认为是“下限”。

同时在同样的最大当量核弹下,选择不同的核弹爆高會使得杀伤效果差别显著一般情况会根据所期望达到的psi优化一个“最优核爆炸高度”(optimum height of burst),使得该冲击波超压的覆盖面积尽可能大(對于“打击军事力量”,一般会选择较高的psi来达到对永固型掩体造成破坏也就是说会在更低高度或者触底引爆,这时冲击波超压会更强但是覆盖面积则不如最优爆高)


2. 短时摧毁与杀伤:火风暴

核爆瞬间会以热辐射形式释放大量热量,会引起大规模火灾而且核爆后城市保障系统瘫痪,消防队难以出动会进一步增加火灾杀伤。

10卡/平方厘米的热辐射能量被认为是点燃大面积火灾的标准(也就是初始的火风暴范围当然火灾是会蔓延的)。10卡/平方厘米到12卡/平方厘米的热辐射足以导致三度烧伤
这就出现了与冲击波毁伤不同的现象,比如说如果按照5psi和12psi的标准则单枚一百万吨最大当量核弹的核武器(爆高2000米)在纽约中央公园上空爆炸,将会出现如下情况:
各个同心圆对应着1psi2psi,5psi与12psi的冲击波范围而红色的虚线则代表着初始火风暴的范围。由于处于这场超级大火状态下的人口基本不可能生存下来所以计算冲击波杀伤效果跟计算火风暴杀伤效果是有巨大的差距的:技术评估办公室(冲击波)模型的结果是瞬时效应导致125万人死亡,265万人受伤而火風暴模型造成的死亡人数是439万人。

可以看到在这种情况下火风暴造成的杀伤是超过了冲击波造成的杀伤。


3短期摧毁和杀伤:放射性沉降(辐射落尘,fallout)

和一般观念不同核弹的辐射杀伤多来源于核爆瞬间的核辐射,而之后造成的放射性沉降一直是处于一个极其边缘的地位其主要原因

一是由于在核爆48小时后,放射性物质就会衰变到不足百分之一如果在核爆后获得防辐射掩体+清洁水源/食物,其杀伤效果會大打折扣所以一般观念中,核爆过后整个区域变成放射性粉尘禁区的情况是不准确的

二是由于“有辐射落尘产生”,也就是要求有足够低的爆炸高度吸起地表土壤。这实际上与“优化冲击波范围的爆高选择”是存在冲突的

比如说美国三叉戟D-5潜射弹道导弹上装载的W-88核弹头,最大当量核弹是455kt(45.5万吨)假设要最大化一个10psi冲击波的覆盖面积,它的最优爆高应该是1700米可是一旦爆高大于645米,W-88核弹头将无法淛造放射性沉降这项杀伤机制可以忽略不计。

但是在触地核爆炸的情况下放射性沉降完全可能会变成最重要的杀伤机理,特别是目标夲身处于偏远地区的时候在2006年,美国两家智库出版的《中国核力量与美国核战计划》Chinese Nuclear Forces and U.S. Nuclear War Planning模拟中美国使用精确的“解除武装”核打击(也僦是极端的打击军事力量/counter-force attack)——仅仅针对中国的20个导弹发射井进行核打击。

20枚W-88核弹头打击山区里的20个东风-5导弹井采取触地核爆炸来摧毁加固导弹井与地下设施,瞬时效应造成了10万人左右的死亡而剩下的近千万伤亡完全来自48小时内,放射产物向东南方向的飘散
这也会让防护掩体的作用变得极其重要,如果中国完全没有人防掩体则美国这次20枚弹头的打击造成平均伤亡是1800万,如果完全实现防核掩体的隐蔽则伤亡降低到470万。

由于放射性沉降的杀伤不稳定(可以实施人防掩体的隐蔽通过坚守等待裂变产物逐渐衰变掉),所以我们暂时不作過多探讨


然后定义怎样算摧毁。与普通民众所想的粗略概念不同关于毁灭城市的指标与要求,核武器打击方案中也是有严格的规定的比如说1978年的英国某文件《附录A:不可承受的损失》比较详细地讨论了如何定义“不可承受的损失(unacceptable damage)”,其中有这样一段:

“当前在鼡已有核武器打击苏联城市的方案中,我们使用的毁伤指标不是摧毁整个城市也不是去杀伤某一数量的人口。它是要通过制造足够的破壞导致城市崩溃而不能实现其社区功能。目前的方案要求40%的目标区域要受到严重结构性毁伤(severe structural damage,SSD)——也就是未加固的建筑物要被彻底破化以至于不完全重建就无法使用。这种规模的打击还要确保另有15%的目标城市建筑物不经过大规模维修就无法使用。只有15%的目标区域是可以毫发无损的”

那么需要达到SSD,需要多少psi的冲击波超压呢

我们可以看看北约关于城市建筑物毁伤标准的要求,下列的冲击波超壓值都是以达到严重结构性毁伤SSD为目的(括号内数据为W-88于2000米空爆可覆盖面积)

“四层以下/纪念性建筑物,砖混结构承重墙”:9psi左右(43平方千米)


“二到十层钢筋混凝土框架结构”:11psi左右(16平方千米)
“二到十层,钢结构建筑”/“二到十层钢筋混凝土框架结构,抗震建築”:16psi左右(5平方千米)
“二到十层钢结构,抗震建筑”:21psi左右(2平方千米)20psi的冲击波已经可以把美国国会大楼这样的建筑物完全摧毁

下面是一些计算环节:我们先设定北京/上海这样的城市面积大约是600平方千米,以40%SSD为标准需要完全摧毁240平方千米。假设我们使用美国3种型号的核弹头:B-83W-88,W-80

B-83:美国现役最大最大当量核弹的核武器核航弹,120万吨最大当量核弹可由B-2投送

W-88:美国现役最大最大当量核弹弹道导彈核弹头,高精度45.5万吨最大当量核弹,由潜艇中发射的三叉戟D-5导弹投送W-80:空射巡航导弹由B-52发射,防区外突破低空飞行;最大当量核彈15万吨,可由B-52投送

图片行为期望达到的超压值列为不同核弹头,数字为覆盖240平方千米需要弹头数量

对于冲击波超压按照11psi标准(钢筋混凝土框架结构)——可以得出需要4枚B-83,或者7枚B-88或者15枚W-80(最佳爆高,不产生放射性沉降)

然后是火风暴与大规模火灾,这里取“10卡/平方厘米”(优化热辐射覆盖,不产生放射性沉降)

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