标题：伽马弹
第四代核武器

从“第四代核武器”谈起[1]﻿
根据工作原理和性能，有人把核武器分为四代。第一代核武器是利用重原子核（如铀-235和钚-239）  第四代核武器技术报告裂变反应原理制成的原子弹，也称裂变弹。第二代核武器是利用轻元素原子核（如氘、氚）在高温高压下发生聚变反应原理制成的氢弹，也称聚变弹。氢弹由初级和次级两部分构成，初级引发聚变反应，次级则发生聚变反应并引发重核裂变放出更多能量。第三代核武器是核爆炸驱动的定向能武器，主要包括核爆激励X激光武器、核爆激励高功率微波武器和核动能武器。
所谓“第四代核武器”是以核子间的作用为基础，但性能又不同于现有核武器的新一代核武器。一般认为包括金属氢武器、核同质异能素武器、反物质武器以及超钚元素和超重元素武器。下面将重点分析的铪-178“伽马射线武器”（简称"伽马弹”）就是一种核同质异能素武器。“第四代核武器”产生的剩余放射性很小，适于在战场上使用；而且研制不需要进行核试验，不受《全面禁止核试验条约》的限制。因此在军事和政治方面具有明显优势，受到各军事大国的青睐。但这类武器的研制对基础研究与实验设施的要求非常高，只有很少国家具备研制它的实力。
“第四代核武器”概念的提出者并不是美国主要的核武器研制单位和研究人员，并没有得到他们的认同和响应。在美国出现了这样的有趣现象：对于“第四代核武器”，似乎媒体的兴趣比专业人员要大，国防部（潜在的使用者）的兴趣比能源部（可能的研制者）要大。即便是对其中最“有戏”的“核同质异能素武器”也大体如此，美国有许多科技人员对这种武器持怀疑态度，发表文章强烈反对。
即使如此，美国国防部还是于2002年将“伽马射线武器”项目列入了“军事关键科学技术”计划。该项目的研究内容，是用X射线轰击、触发同核异能素铪-178m2，使它以γ射线的方式释放能量，并利用这个原理做成武器。美国国防信息中心认为它“有可能使作战的各个方面发生革命性的变化”。国防部高级研究计划署对此十分重视，设置了一项2年拨款3000万的铪同核异能素计划，建立了专门研究铪-178m2生产问题的小组。
伽马弹的原理

设想中的“伽马弹”原理
所谓同质异能素，是指质量数和原子序数相同、在可测量的时间内具有2个或多个不同能态的核素。激发态核素在转变为稳态时释放出能量，使之有可能发展为武器。元素铪（Hf）有铪-174～铪-180等几种同位素。自然界中没有的同核异能素铪-178m2是同位素铪-178的m2激发态，它的能级比铪-178的基态高出约2.5兆电子伏特；其半衰期为31年，衰变时发出不同能量的2.5兆电子伏特伽马射线。简单地说，"伽马弹”的工作原理是：铪-178处于高能态的核素（即该元素的同质异能素铪-178m2）回到低能态时释放出伽马射线，可以利用它来杀伤有生目标。
1999年，美国德克萨斯大学柯林斯教授等人用医用X射线机产生的X射线，照射同核异能素铪-178m2。在实验中观察到，受到X射线的轰击后，铪-178m2的衰变率比自然衰变率增加约4％。柯林斯的看法是：用于轰击的X射线平均能量约40千电子伏特，而每个铪-178m2衰变放出γ射线能量达2.5兆电子伏特，放出能量是输入能量的60倍。1克铪-178m2的能量瞬时全部释放，将产生相当于300千克TNT炸药的爆炸能量。假如能够得到一定数量的铪-178m2，就有可能利用这个原理做成炸弹。
“伽马弹”的技术关键是获得一定数量的铪-178m2，并且能实现用低能量的X射线去触发铪-178m2，使它瞬时释放γ射线。自然界不存在铪178m2，它是由加速器产生的质子轰击钽生成的，因此很难大量生产，生产成本也会很高，目前做实验用的铪-178m2样品质量还不到1微克。因此，假如“伽马弹”的原理能够成立，关键部件是一定数量的铪-178m2，以及能够产生足够X射线的发生器。
铪-178m2蕴含的能量明显小于同样质量的裂变物质而大大高于高能炸药。核同质异能素可利用的能量大约是109焦耳/克，是常规高能炸药所含能量（5×103焦耳/克）的100万倍，略小于核裂变反应释放的能量（8×109焦/克），但不产生放射性。因此从理论上说，可以用铪-178m2制造出体积很小、威力介于常规高能炸药和核武器之间的炸弹。有文献估计，一个网球大小、包含铪-178m2的炸弹可以释放几十吨TNT的能量，这对于军方无疑有巨大的吸引力。美国国防部正是看到这一点，决定大力支持这项研究。
科学界的异议

对“伽马弹”原理的异议
“伽马弹”的原理提出后，美国国防部给予高度重视；但能源部并未明确支持，许多科学家对它表示怀疑，包括几个核武器实验室的专家。反对的理由，一是怀疑“伽马弹”的原理，认为理论和实验数据都不足以证明其可行性；二是认为即使原理成功也不能成为炸弹，而且研究这种炸弹不利于军备控制，甚至会引发新的军备竞赛。下面就从这两方面谈谈。
许多科学家不相信柯林斯的实验结果和理论解释。持怀疑态度的科学家认为：铪-178m2是铪-178的激发态，激发能级为2.5兆电子伏特。提出用几十千电子伏特X射线去触发铪-178m2衰变，违背了人们所熟悉的核物理概念。物理学家还提出：异常的实验现象应该用超常细致的实验去证实。洛斯阿拉莫斯、利弗莫尔等美国核武器实验室的一些科学家，用阿贡实验室的同步加速器认真地重复这个实验。他们发现，即便所提供的X射线强度比医用X射线机大5个量级，触发铪-178m2衰变的概率也比柯林斯等宣布的结果低5～6个量级。
在能源部科学家公布实验结果后，柯林斯教授等又到日本的同步辐射加速器上进一步实验，宣称仍然得到X射线触发铪-178m2衰变的肯定结果。并解释说，能源部科学家所用的X射线能量太高，因此没有能看到共振触发的现象。对于柯林斯的新实验结果，仍然有科学家提出怀疑，认为公布的数据不充分，无法看出整个实验数据的稳定程度；而且柯林斯的理论解释不符合已经存在的核物理原理，很值得怀疑。从实验上讲，是否真正存在X射线触发铪-178m2衰变的共振现象？共振触发截面是否比理论预计的截面高出几个量级？科学家仍然存在严重分歧，看来还不是很快能得到统一认识。
总之，用X射线触发铪-178m2同核异能态衰变的实验本身存在着疑点，对同核异能态受激衰变的理论存在着争论，铪-178m2弹的原理尚没有得到确切的证实。
武器化的争论

对“伽马弹”武器化的争论
除了原理上的争论外，科学家对"伽马弹”否能成为实用的武器也存在不同看法。现阶段获得核同质异能素的方法，主要是通过重离子（如质子）碰撞来产生。生产足够量（如几十克）的铪-178m2会非常困难、成本要很高。而且，即使铪-178m2能生产出来、能用X射线触发衰变，能否做成武器也还有许多关键问题要解决（第一、二代核武器已经是客观存在，而第三、四代核武器还是雾里看花。）：
  核武器
1、“伽马弹”能否瞬时爆炸
铪-178m2不但要能放出能量而且要瞬时释放，才能实现爆炸。而用X射线很难将处于激发态的铪-178m2同时退激、释放能量，更何况铪-178m2衰变到基态前先要衰变到铪-178m态，而铪-178m态的半衰期为4秒，因此很难实现瞬时爆炸。
2、“伽马弹”的能量得失
柯林斯教授的实验结果表明，打入约600个X射线光子，可以触发一次铪-178m2的受激发射。以X射线平均能量30千电子伏特计算，输入能量为18兆电子伏特，而输出能量仅为2.5兆电子伏特，能量是亏损的。用这样的原理制造武器，其可行性显然有问题。
3、“伽马弹”的重量体积
包含铪-178m2的爆炸装置可以做得很小，如文献中描述的高尔夫球大小。然而能够瞬时产生强X射线的机器就难做得轻巧，如何把包括X射线机在内的设备做成一个重量和体积都可以接受的炸弹将是一大难题。
由于支持方和反对方都各持己见，激烈的争论延续至今。核同质异能素武器尚处于概念研究阶段，研究重点主要集中在核同质异能素的特性以及如何控制能量释放。美空军研究实验室正在研究这种武器。铪-178m2由SRS技术公司从剩余的核材料中提取，已获得的数量不足万分之一克。
笔者认为，铪-178m2或其他类似的同质异能态核素受X射线触发衰变的现象，是核物理基础理论中的有趣问题，值得作为基础研究来进行；但目前将它与高新技术武器联系起来则过于盲目。由于基本原理和武器化方面都存在着严重的问题，铪-178m2弹的前景是黯淡的，成功的可能性很小。有关铪-178m2问题的争议仍在进行，让我们密切关注它的进展。
相关报道

美造伽马弹震惊全球 1克相当于50公斤烈性炸药[2]﻿
只要1克这种物质被引爆，就能产生相当于50公斤烈性炸药（TNT）的爆炸当量，甚至带来相当于常规弹头数千倍的杀伤力——这就是美国国防部《军用关键技术清单》中“伽马射线弹”的威力。美军方正野心勃勃地计划在5年内研制成功这种不亚于核弹却几乎没有核污染的新型武器，完全罔顾军事分析人士对此举可能引发全球军备竞赛再度升级的警告。
据《新科学家》杂志13日披露，事实上多年以来，科学界早已知道某些元素如铪的内核存在一种高能状态，在它向低能状态过渡的漫长衰变期内，原子核可以持续辐射出高能伽马射线，其强度数千倍于常规化学炸药。例如，铪178的一种同位素异形体“铪178m2”,半衰期为31年，正是伽马弹的绝佳原材料。
然而，处于自然状态下的“铪178m2”自发进行的伽马射线辐射太耗时、低效。在这一背景下，1999年，位于得克萨斯州达拉斯的得州大学专家卡尔·柯林斯宣布，他率领的研究团队利用低能X光引爆“178m2”，成功地人工激发了60倍的射线辐射，从理论上说，激发的辐射能量还可大规模提高。
近日，阿拉巴马州的“SRS科技”公司已获订单，要求他们从核废料中分离、再生“铪178m2”,但必须严格限定在0.0001克以内。该公司首席科学家希尔·罗伯茨自豪地宣称，5年内一定会掌握大批量生产铪178m2的技术，以便以“克”为量级制造铪178m2。
虽然铪178m2作为超级炸弹原料的价格也会如同浓缩铀般不菲，每公斤估计不下数万美元，但与浓缩铀不同的是，任何剂量的178m2都可作为原料，不像制造核弹对浓缩铀用量有临界值要求。
更令人关注的是，迷你伽马弹头可安装在常规武器上，不易引起外界关注，却能爆发出远超常规弹头的即时杀伤力，将一定距离内的有机生命尽数杀死。尤其令美军方满意的是，伽马弹的射线“几乎不会产生”辐射污染。但国际军事界普遍对美国秘密研发伽马弹表示关注，他们担心此举可能引发新一轮的军备竞赛。
美国国防部内一些技术专家也承认，由于核心技术难题的攻关仍未完成，要想实际部署伽马弹，最快也得在数十年后。但《军用关键技术清单》提醒人们，“从人类首次发现核聚变原理到1945年引爆第一枚原子弹，只不过用了6年时间。”