貧彈(depleted 鈾 bullet,DUB)是指以貧鈾為主要原料制成的導彈、炸彈、炮彈、子彈等。以高密度、高強度、高韌性的貧鈾合金作彈芯,爆炸時產生高溫化學反應,可以用來摧毀堅固建筑物和攻擊坦克。
美國從20世紀50年代開始研究用貧鈾制造各種武器20世紀60年代先后對用于單兵、車載、艦載、機載,用槍、炮、導彈發射的多種貧鈾穿甲彈的戰術性能進行了大規模的試驗。20世紀70年代開始正式裝備部隊,并研究和開發了貧鈾合金的其他軍事用途。在20世紀90年代美國陸軍、空軍、海軍和海軍陸戰隊均已裝備了大量的貧鈾武器,并曾在海灣戰爭、科索沃戰爭、阿富汗戰爭和2003年伊拉克戰爭中使用。
世界上最早研制貧鈾彈的是美國,目前擁有貧鈾彈的國家主要有美、英、法、俄等國,其中以美國的貧鈾彈數量最多,種類最全,殺傷力最大,而且使用的量最多。
發展歷程
由于貧鈾所具有的獨特性質(高密度、易燃易爆,貧鈾合金的高強度、高硬度,貧鈾穿透時表現出的自發銳性)、豐富的儲量和良好的機械加工性能。1943年8月,美國曼哈頓計劃的研究小組曾經給五角大樓寫過一個報告里面提及了”使用貧鈾彈及鈾238廢料制成的彈藥,能沾染敵方土地,削弱敵方的戰爭潛能“。
美國從20世紀50年代開始研究用貧鈾制造各種武器,用來取代軍事上廣泛應用而又價格昂貴的鎢。20世紀60年代先后對用于單兵、車載、艦載、機載,用槍、炮、導彈發射的7.92mm,20mm,25mm,30mm,105mm和120mm等多種貧鈾穿甲彈的戰術性能進行了大規模的試驗。20世紀70年代開始正式裝備部隊,并研究和開發了貧鈾合金的其他軍事用途,如貧鈾合金破甲彈,以及有穿甲燃燒功能的貧鈾航空炮彈和貧鈾裝甲等。在20世紀90年代美國陸軍、空軍、海軍和海軍陸戰隊均已裝備了大量的貧鈾武器,并曾在海灣戰爭、科索沃戰爭、阿富汗戰爭和2003年伊拉克戰爭中使用。聯合國大會于2007年率先提出限制貧鈾武器的使用。2015年美國軍隊在敘利亞打擊“伊斯蘭國”組織的行動中,曾兩次使用過貧鈾彈。2023年4月,英國向基輔交付了適用于“挑戰者2”坦克的貧鈾穿甲炮彈。 同年9月6日,美國宣布價值1.75億美元的新一批對烏克蘭軍事援助,包括用于美制“艾布拉姆斯”M1A1坦克的120毫米口徑貧鈾彈。
原理
貧鈾
貧鈾的密度為19.05g/cm3,是鋼的2.5倍,是一般輻射防護材料鉛的1.7倍。貧鈾的強度和硬度都不是很高,但添加一定量的其他金屬(如0.75%的鈦)制成的貧鈾合金,強度可比純貧鈾高3倍,硬度可達鋼的2.5倍,并具有良好的機械加工性能。貧鈾的商業用途十分廣泛,主要用來制造石油井鉆、船舶壓艙物、各種衡量物、軍用和民用飛機的平衡控制系統和阻尼控制器(如外舷升降舵和上側方向舵,一架波音747上有1500kg貧鈾)、機械砂囊、輻射探測器、醫用或工業用放射性防護罩、化學催化劑、X-射線管、玻璃和陶瓷的上色染料等。
貧鈾粉末在常溫就能自燃。在摩擦或撞擊時,貧鈾能在空氣中氧化燃燒,釋放大量的能量并發生爆炸。用貧鈾做成的金屬棒在動能驅動下撞擊到物體時,表現出自發銳性的特征,穿透性能明顯優于軍事上用作穿甲彈的鎢(鎢在撞擊裝甲時會鈍化為蘑菇狀而影響其穿甲性能)。
爆炸原理
金屬鈾及鈾合金具有密度大、硬度高和韌性好等特點,可謂剛柔相濟。鈾的高密度特性使其成為制造穿甲彈的最佳材料,特別適合用作打擊堅硬目標的彈頭。穿甲彈在對付裝甲目標時,要求其具有極高的動能,所以穿甲彈也被稱作動能武器。質量越大的穿甲彈芯,以同樣速度擊中目標時的動能越大,穿甲威力也就越大。所有在常溫下保持穩定狀態的金屬中,只有鈾的密度最大,所以以其制成的彈芯質量最大。所以,急于為這種貧鈾尋找出路的美國依照這個原理最先開發出了貧鈾穿甲彈,使庫存的大量貧鈾派上了用場。
鈾合金穿甲彈比同一類型鎢合金穿甲彈的穿甲性能要高出10%~15%。鎢穿甲彈對鋼裝甲的穿甲效率如果想達到貧鈾彈的水準,則需要比貧鈾彈高出約200m/s的打擊速度。一般設計優良的穿甲彈飛離炮口后,每1000m約降低速度50~60m/s,所以鈾穿甲彈出膛后在距炮口3000 ~4000m處的穿甲效率與鎢彈在炮口處的穿甲效率相當。美國軍隊向沙特阿拉伯出售的105 mm 貧鈾穿甲彈可在600m的距離上穿透北大西洋公約組織國家標準的三層靶板,火箭增程貧鈾穿甲彈可穿透900mm厚的甲板,可謂所向披靡。在海灣戰爭中,當伊拉克共和國衛隊打算把坦克藏于沙墻和堅固掩體后躲避打擊時,美軍M1A1坦克發射的一枚M8291貧鈾彈竟能穿透數米厚的沙墻和掩蔽設施,在擊穿坦克前裝甲后直貫尾部,造成車內彈藥爆炸,將炮塔炸向半空,從此貧鈾彈作為美軍的攻堅利器大受青睞,號稱“穿甲王”。
美國很多軍兵種都裝備了各種型號的貧鈾彈。如美空軍為A-10攻擊機的機關槍裝備了PGU-14/B型貧鈾穿甲燃燒彈,每分鐘可發射4200發子彈。又如海軍為陸戰隊AV-8B型鷂式短距/垂直起降機的機槍裝備了PGU-20型貧鈾彈;為AH型眼鏡蛇直升機也裝備了貧鈾彈。此外,還為陸軍的主戰坦克、主戰裝甲車和兩棲裝甲車等裝配了各種型號的貧鈾彈,重量分別為2.2 kg、3.4 kg、4.8 kg;陸軍為炮兵EX35系列配備了M833型貧鈾彈,長105 mm,重約3.5 kg;為陸軍步兵配備了XM919型貧鈾彈,還有一種高動能穿甲燃燒彈頭,貧鈾含量高達99.25%,鈦含量僅占0.75%(按質量計算)。
特性
物理學特性
貧鈾彈有2個主要特性:一是自燃性, 當貧鈾的微粒與空氣接觸或與裝甲及其他堅硬物體撞擊時, 就會自燃。故貧鈾彈能穿甲后燃燒, 它能有力地增加穿甲和破甲的效果, 也可以作為炮彈的燃燒劑, 成為不加其他燃燒劑的穿甲燃燒彈;二是貧鈾合金密度高、強度大, 不易斷裂, 本身難以被其他物質所貫穿, 而對其他物質的侵徹性又是獨一無二的。如100 mm坦克炮發射常規銅藥罩型破甲彈時, 對軋制均質鋼裝甲的破甲深度最大約為700 mm;而貧鈾合金的破甲彈破甲深度最大約為 900~1 000 mm。這2個特性使得貧鈾成為穿甲彈和裝甲金屬板的理想材料。
化學特性
DU在酸性和中性介質中, 易形成鈾酰[yóu xiān]陽離子 (UO) , 在堿性介質中易形成鈾酸根或重鈾酸根陰離子。DU爆炸后, 金屬鈾被氧化為U3O8、UO2和UO3等, 在空氣中形成氣溶膠。
放射學特性
貧鈾中238U衰變時發射α、β粒子和γ光子, 但以α粒子為主, 主要能量為4.196 MeV與4.049 MeV。238U還進行自發裂變, 其半衰期為9.86×l015年, 中子產額為18×10-2 n/sg。中子能譜與快中子誘發裂變的能譜相近。
服役情況
采用國家
世界上已有20多個國家或地區擁有貧鈾彈。美國是最早裝備貧鈾彈的國家。美國從20世紀50年代開始研制貧鈾彈,60年代進人大規模試驗論證階段,70年代定型并開始裝備部隊。目前美國已經開發出各種口徑的貧鈾穿甲彈,隨后英國、法國、以色列等國也開始研制貧鈾彈并開始裝備部隊。
實戰運用
貧鈾穿甲彈在近代現代戰爭中已被屢屢使用并顯示其威力。貧鈾彈的最早實戰使用是在1982年的馬爾維納斯群島戰爭中,而讓世界真正認識貧鈾彈的穿甲威力的則是海灣戰爭。
海灣戰爭
1991年的海灣戰爭中,多國部隊共向伊拉克投放了約94萬枚貧鈾彈,相當于5枚5萬噸級的原子彈爆炸后所產生的放射性污染。
在1991年海灣“沙漠風暴”戰爭中,美國首次大規模使用了坦克貧鈾炮彈和貧鈾裝甲材料,以及A-10空地攻擊機的貧鈾炮彈、貧鈾穿甲彈等貧鈾武器。美空軍148架A-10飛機共飛行8077架次,發射783514發30mmAPI穿甲燃燒彈,每一個炮彈含貧鈾0.3kg,共消耗貧鈾235000kg。美陸軍共使用9552發三種型號貧鈾彈,消耗貧鈾50550kg。美海軍還出動86架AV-8B鷂式飛機,共飛行3542架次,發射67436發PGU/20~25mm貧鈾彈,每發含貧鈾150g,共消耗貧鈾10110kg。英軍在海灣戰爭中發射了100發120mmAPFSDS貧鈾彈,且在沙特訓練中也使用了貧鈾彈,共計消耗貧鈾近1000kg。美英兩國軍隊在這次戰爭中總共消耗貧鈾近300噸。
貧鈾穿甲彈的出現有效地提高了穿甲彈的威力。在海灣戰爭中,蘇制T-72坦克125mm加農炮(非貧鈾彈)最大有效射程1800m,不能穿透美M1A1坦克貧鈾裝甲,而美M1A1坦克120mm加農炮(貧鈾彈)則在加倍距離上可擊穿蘇制T-72非貧鈾裝甲。而且M1A1主戰坦克的M256型120mm滑膛炮所用的M829型貧鈾穿甲彈在對付伊拉克的蘇制T-72坦克時,在穿透主裝甲或炮塔之后又能有效地破壞車內設備,引爆車內炸藥。T-72坦克的裝甲是一般穿甲彈難以穿透的。由此可以看出貧鈾彈的強大威力。在這場戰爭中,美國軍隊共有M1A1系列坦克1772輛,有594輛采用貧鈾夾層裝甲,皆未被伊拉克炮火、反坦克導彈和步兵反坦克武器所穿透。而美國海、陸、空軍使用貧鈾炮彈摧毀了伊拉克4000多輛裝甲戰斗車輛,美軍僅被伊拉克炮火毀傷25輛戰車。
波黑戰爭
1995年巴爾干戰爭中以美國為首的北大西洋公約組織部隊共使用貧鈾量為2750kg。1994一1995年間在波黑使用10800枚貧鈾彈。
科索沃戰爭
在1999年的科索沃戰爭中,北約在對南斯拉夫聯盟共和國78天的空襲中,共對南聯盟科索沃使用貧鈾彈大約3.1萬枚,狂轟濫炸和火災導致放射性物質在250萬公頃的地區內彌漫,科索沃沖突中使用的貧鈾武器彈頭長95 mm,直徑16mm,重量約300g。貧鈾彈對南聯盟,特別是科索沃地區的自然環境和生態帶來嚴重的放射性污染。科索沃戰爭中北大西洋公約組織使用的貧鈾彈共有4種:一種是專門針對建筑物,長度達6米,每枚含鈾100公斤的貧鈾炸彈;一種是30毫米反坦克貧鈾炮彈,每枚含鈾3.2公斤;一種專用于摧毀機場跑道的含鈾子母炸彈,每枚總重量600公斤;還有一種是在空戰中使用的貧鈾炮彈,這種炮彈裝有約5公斤重的鈾化合物。
伊拉克戰爭
2010年7月22日,英國國防大臣利亞姆·福克斯承認英軍在2003年的伊拉克戰爭中使用了貧鈾彈。英軍在2003年的伊拉克戰爭中使用了約1.9噸的貧鈾彈。據美國國防部對外公布的一份報告顯示,美英聯軍在伊拉克戰爭中使用了大量的貧鈾彈(BDU)。美國軍隊的A-10攻擊機發射了30萬發炮彈,其中貧鈾彈與普通炮彈的比例是5:1。以此推算,僅美軍的A-10攻擊機在伊拉克境內留下的貧鈾彈殘片即為75噸。此外,美英聯軍的坦克和裝甲車也都裝有貧鈾彈。
危害
貧鈾彈對人體和環境究竟有多大危害,至今仍在探討之中。但鈾是一種毒性很強的放射性物質,它既有輻射毒性,又有化學毒性(低于、汞及鉛),一般來說,可溶性的鈾,其化學毒性的危害是主要的,而難溶性鈾在體內的危害主要與鈾的放射性有關。貧鈾彈不像原子彈那樣可以在數秒鐘內將城市夷為平地,生物也不會在短時間內受到危害,但其破壞性卻不可低估。
貧鈾彈對生物體的作用
由于238U的放射性較低,所以貧鈾的放射性大約只有天然鈾的50%.238U釋放γ射線的能力極弱,幾乎可以忽略不計。而三種基本射線中,放射性危害最大的當屬γ射線。所以238U不像某些強輻射同位素那樣危險。但是238U釋放α射線的能力很強,只比238U稍弱。α射線的穿透能力是最弱的,在空氣中射程大約為2.73cm,在致密物質中射程更短,僅能穿透人體皮膚角質層,因此基本不存在外照射危害。所以在正常狀態下按照正常的使用和運送方法,未使用的貧鈾彈一般是無害的。但是貧鈾彈在被使用后,其嚴重危害性就會暴露出來:氣溶膠化了的氧化鈾和貧鈾微粒可以進入人體內部,以很大的概率被人體器官吸收,形成嚴重的內照射,使人體器官受到嚴重損傷。關于其化學毒性,主要是鈾進入人體內時,在骨、腎臟、肝臟內沉積,尤其是腎臟,最易受到鈾的毒性作用。
含鈾的放射性微粒和氣溶膠,可以通過多種方式進入人體,其進入人體的途徑主要有:
1)經呼吸道吸入:貧鈾彈爆炸后自燃,18%~70%形成氣溶膠,50%以上是可吸入粒子,吸入的氧化鈾在肺內的滯留期很長,對肺構成持久的照射。
2)經消化道攝入:貧鈾氣溶膠逐漸沉降至地表,進入水和土壤,造成水源、食物污染或接觸者手的污染,通過食物鏈進入人體。此外,沉積在呼吸道的鈾,大部分借呼吸道纖毛運動轉移到咽喉并吞咽入胃腸道。進入胃腸道的大部分隨糞便排出,吸收較少。
3)皮膚和傷口:難溶性的鈾很難通過完整的皮膚,可溶性的化合物不僅可以被吸收,而且可以引起全身中毒癥狀。戰爭情況下,比較容易出現各種皮膚傷口,而氧化鈾經傷口吸收進入生物體的概率則大大地增加。
4)眼結膜吸收:通過眼吸收的鈾部分可與眼組織成分中的蛋白質結合,在眼中長期蓄積,引起局部組織的損傷。
放射性鈾進入體內后,通過生物轉運,迅速分布于人體的相應部分,進入人體的鈾分布如下:
1)鈾在血液中的存在形式:吸收入人體血液中的鈾,主要分布在血漿,鈾酰離子易與血漿中許多無機化合物和有機酸反應,如檸檬酸、DL-乳酸、磷酸、丙酮酸、DL-蘋果酸和重碳酸等,形成可擴散、易透過生物膜的絡合物;也可以與蛋白質反應,形成非擴散的絡合物。血漿中的鈾主要是與血漿白蛋白結合,與球蛋白結合較少。鈾自血液中消失的速度也比較快,90%以上在進入血之后1h就已經離開血液,迅速分布到各個器官、組織。
2)鈾在體內的分布特點:吸收入血的鈾可以迅速地分布到各個組織器官。鈾進入血液后24h,25%~50%到達器官,其中主要滯留在腎臟、骨骼、肝臟和脾臟,其他器官比較少,早期腎臟中鈾含量最高,其次為肝、脾等。晚期骨骼中鈾滯留量的比例明顯升高。一般來說,6價鈾主要分布在腎臟和骨骼,4價鈾主要滯留在肝臟和脾臟。而通過呼吸道吸入的難溶性鈾化合物,主要滯留在肺淋巴結和肺組織。體內各組織器官含鈾量和吸收劑量水平的順序是:肺淋巴結>肺>骨>腎>肝>脾。這說明進入血液的可溶性鈾的化合物和從肺部吸入的鈾難溶性化合物的分布特點不同,通過肺吸入的難溶性鈾的化合物在肝脾含量極少。
進入體內的鈾化合物可以通過生物代謝和放射性衰變的方式逐漸降低體內放射性鈾的含量,但由于鈾的半衰期很長,所以其排除主要是通過生物代謝的方式,通常放射性鈾在體內的生物半排期為1~2a。其排出方式如下:
1)腸道排除:食入或吸入的部分都可以由腸道排出體外。經腸道排出的鈾來自兩個部分,一是未經胃腸道吸收的部分,其排出量較多,速度快。難溶性鈾化合物,除0.2%被吸收外,其余全部被排除;二是吸收后的鈾經肝膽系統排出到腸道,由糞便排出。
2)腎臟排除:吸收后的鈾也可迅速從腎臟排出,其分為兩部分,早期排出量較多、速度快,稱為快速排除部分,這時排除的尿鈾主要是血液中或軟組織中未被結合固定的鈾。吸收的鈾大部分滯留在器官組織中,之后由腎臟排除的量減少,速度減慢,稱為慢排除部分。貧鈾彈的放射性作用于生物體后,會出現核輻射生物效應。貧鈾的a粒子的能量高(4MeV),體內射程很短,直接作用于細胞,細胞吸收核輻射的能量后,通過直接效應和間接效應使細胞內物質的分子和原子發生電離和激發,形成自由基,進而導致體內蛋白質和核酸等有機高分子化合物物質分子鍵斷裂而破壞;同時它還會使生物機體內水分子電離成自由基,其與細胞內其他物質相互作用,會破壞更多的生物分子,導致細胞變性甚至死亡,直至引起物質代謝和能量代謝障礙,引起整個機體發生一系列病變。
貧鈾彈戰場污染問題
除了貧鈾彈對生物體傷害作用之外,貧鈾對戰場污染問題也是一個大眾普遍關心的問題。當貧鈾穿、破甲彈擊中目標時,產生大量彈片和碎屑散布在目標附近,鈾的燃燒特性還產生大量鈾氧化物以煙和粉塵狀態附著在靶上和沉降在地面上,這類具有放射性的產物可被人工探測到,以洗消的辦法清除。
貧鈾彈未擊中目標時發生的跳彈或飛彈是比較難探測的。美國軍隊30mm航空機炮發射的貧鈾穿甲彈,每秒鐘射出或回落至地面16~20kg鈾合金,而且呈大面積散布,相當一部分貧鈾彈還將射入地下,給戰場清理造成很大困難。在這種情況下,除進行人工探測和洗消外,需要以探測車進行大面積探測和清掃。坦克炮發射的貧鈾穿甲彈擊中目標時往往斷裂成較多碎塊,四處飛散,散布面積也很大;當脫靶時,如果火炮處于最大射程角附近,由于貧鈾彈的截面密度高和迎風面積小(風阻小),彈體可能飛行幾十千米以外才落地,而且這種貧鈾彈鉆入地面以下的可能性很大,這都給探測和清理戰場造成更大的困難。
相關事件
英國國防部于2023年3月下旬表示,英國向烏克蘭輸送的挑戰者-2主戰坦克配備彈藥中將包含貧鈾彈,并強調“貧鈾彈對當地環境和居民沒有明顯傷害”。此消息一出,國際輿論一片嘩然。使用貧鈾彈是世所公認的“危害人類嚴重罪行”,但英國政府揣著明白裝糊涂,可謂用心險惡 。并于同年4月,英國向基輔交付了適用于“挑戰者2”坦克的貧鈾穿甲炮彈。
2023年6月,美國宣布將向烏克蘭提供貧鈾彈。同年9月6日,美國宣布價值1.75億美元的新一批對烏克蘭軍事援助,包括用于美制“艾布拉姆斯”M1A1坦克的120毫米口徑貧鈾彈。這是美國首次向烏克蘭提供貧鈾彈。
參考資料 >
美軍在科索沃戰爭中發射31000顆貧鈾彈,當地醫生痛訴:這是種族滅絕! .百家號.2023-12-08
美向烏提供貧鈾彈,俄批美“遺禍幾代人” .百家號.2023-12-11
法媒:貧鈾彈為何備受爭議 .百家號.2023-12-11
美國宣布援烏貧鈾彈當天,俄軍使出殺手锏,普京徹底放開手腳 .百家號.2023-12-08
一圖知世界|美國向烏克蘭提供貧鈾彈 俄羅斯批“遺禍幾代人” .百家號.2023-12-08
貧鈾彈常識:貧鈾的物理性質與軍事應用-企業官網.中國輻射放射協會.2023-12-11
用心險惡!英國國防部宣稱將向烏克蘭輸送貧鈾彈 .中國軍網.2023-12-08