贫弹(depleted
铀 bullet,DUB)是指以贫铀为主要原料制成的
导弹、炸弹、炮弹、子弹等。以高密度、高强度、高韧性的贫铀合金作弹芯,爆炸时产生高温化学反应,可以用来摧毁坚固建筑物和攻击坦克。
美国从20世纪50年代开始研究用贫铀制造各种武器20世纪60年代先后对用于单兵、车载、舰载、机载,用枪、炮、导弹发射的多种
贫铀穿甲弹的战术性能进行了大规模的试验。20世纪70年代开始正式装备部队,并研究和开发了贫铀合金的其他军事用途。在20世纪90年代美国陆军、空军、海军和
海军陆战队均已装备了大量的贫铀武器,并曾在
海湾战争、
科索沃战争、阿富汗战争和2003年
伊拉克战争中使用。
世界上最早研制贫铀弹的是
美国,目前拥有贫铀弹的国家主要有美、英、法、俄等国,其中以美国的贫铀弹数量最多,种类最全,杀伤力最大,而且使用的量最多。
发展历程
由于贫铀所具有的独特性质(高密度、易燃易爆,贫铀合金的高强度、高硬度,贫铀穿透时表现出的自发锐性)、丰富的储量和良好的机械加工性能。1943年8月,美国曼哈顿计划的研究小组曾经给
五角大楼写过一个报告里面提及了”使用贫铀弹及铀238废料制成的弹药,能沾染敌方土地,削弱敌方的战争潜能“。
美国从20世纪50年代开始研究用贫铀制造各种武器,用来取代军事上广泛应用而又价格昂贵的钨。20世纪60年代先后对用于单兵、车载、舰载、机载,用枪、炮、
导弹发射的7.92mm,20mm,25mm,30mm,105mm和120mm等多种
贫铀穿甲弹的战术性能进行了大规模的试验。20世纪70年代开始正式装备部队,并研究和开发了贫铀合金的其他军事用途,如贫铀合金破甲弹,以及有穿甲燃烧功能的贫铀航空炮弹和贫铀装甲等。在20世纪90年代美国陆军、空军、海军和
海军陆战队均已装备了大量的贫铀武器,并曾在
海湾战争、
科索沃战争、阿富汗战争和2003年
伊拉克战争中使用。
联合国大会于2007年率先提出限制贫铀武器的使用。2015年
美国军队在
叙利亚打击“伊斯兰国”组织的行动中,曾两次使用过贫铀弹。2023年4月,
英国向基辅交付了适用于“挑战者2”坦克的贫铀穿甲炮弹。 同年9月6日,
美国宣布价值1.75亿美元的新一批对
乌克兰军事援助,包括用于美制“艾布拉姆斯”M1A1坦克的120毫米口径贫铀弹。
原理
贫铀
贫铀的密度为19.05g/cm3,是钢的2.5倍,是一般辐射防护材料铅的1.7倍。贫铀的强度和硬度都不是很高,但添加一定量的其他金属(如0.75%的钛)制成的贫铀合金,强度可比纯贫铀高3倍,硬度可达钢的2.5倍,并具有良好的机械加工性能。贫铀的商业用途十分广泛,主要用来制造石油井钻、船舶压舱物、各种衡量物、军用和民用飞机的平衡控制系统和阻尼控制器(如外舷升降舵和上侧方向舵,一架
波音747上有1500kg贫铀)、机械砂囊、辐射探测器、医用或工业用放射性防护罩、
化学催化剂、X-射线管、玻璃和陶瓷的上色染料等。
贫铀粉末在常温就能自燃。在摩擦或撞击时,贫铀能在空气中氧化燃烧,释放大量的能量并发生爆炸。用贫铀做成的金属棒在动能驱动下撞击到物体时,表现出自发锐性的特征,穿透性能明显优于军事上用作
穿甲弹的钨(钨在撞击装甲时会钝化为蘑菇状而影响其穿甲性能)。
爆炸原理
金属铀及铀合金具有密度大、硬度高和韧性好等特点,可谓刚柔相济。
铀的高密度特性使其成为制造穿甲弹的最佳材料,特别适合用作打击坚硬目标的弹头。穿甲弹在对付装甲目标时,要求其具有极高的动能,所以穿甲弹也被称作
动能武器。质量越大的穿甲弹芯,以同样速度击中目标时的动能越大,穿甲威力也就越大。所有在常温下保持稳定状态的金属中,只有铀的密度最大,所以以其制成的弹芯质量最大。所以,急于为这种贫铀寻找出路的
美国依照这个原理最先开发出了
贫铀穿甲弹,使库存的大量贫铀派上了用场。
铀合金
穿甲弹比同一类型钨合金穿甲弹的穿甲性能要高出10%~15%。钨穿甲弹对钢装甲的穿甲效率如果想达到贫铀弹的水准,则需要比贫铀弹高出约200m/s的打击速度。一般设计优良的穿甲弹飞离炮口后,每1000m约降低速度50~60m/s,所以铀穿甲弹出膛后在距炮口3000 ~4000m处的穿甲效率与钨弹在炮口处的穿甲效率相当。
美国军队向
沙特阿拉伯出售的105 mm 贫铀穿甲弹可在600m的距离上穿透
北大西洋公约组织国家标准的三层靶板,火箭增程贫铀穿甲弹可穿透900mm厚的甲板,可谓所向披靡。在
海湾战争中,当
伊拉克共和国卫队打算把坦克藏于沙墙和坚固掩体后躲避打击时,美军M1A1坦克发射的一枚M8291贫铀弹竟能穿透数米厚的沙墙和掩蔽设施,在击穿坦克前装甲后直贯尾部,造成车内弹药爆炸,将炮塔炸向半空,从此贫铀弹作为美军的攻坚利器大受青睐,号称“穿甲王”。
美国很多军兵种都装备了各种型号的贫铀弹。如美空军为
A-10攻击机的
机关枪装备了PGU-14/B型贫铀穿甲
燃烧弹,每分钟可发射4200发子弹。又如海军为陆战队AV-8B型鹞式
短距/垂直起降机的机枪装备了PGU-20型贫铀弹;为AH型眼镜蛇直升机也装备了贫铀弹。此外,还为陆军的主战坦克、主战装甲车和
两栖装甲车等装配了各种型号的贫铀弹,重量分别为2.2 kg、3.4 kg、4.8 kg;陆军为炮兵EX35系列配备了M833型贫铀弹,长105 mm,重约3.5 kg;为陆军步兵配备了XM919型贫铀弹,还有一种高动能穿甲燃烧弹头,贫铀含量高达99.25%,钛含量仅占0.75%(按质量计算)。
特性
物理学特性
贫铀弹有2个主要特性:一是自燃性, 当贫铀的微粒与空气接触或与装甲及其他坚硬物体撞击时, 就会自燃。故贫铀弹能穿甲后燃烧, 它能有力地增加穿甲和破甲的效果, 也可以作为炮弹的燃烧剂, 成为不加其他燃烧剂的穿甲燃烧弹;二是贫铀合金密度高、强度大, 不易断裂, 本身难以被其他物质所贯穿, 而对其他物质的侵彻性又是独一无二的。如100 mm
坦克炮发射常规铜药罩型
破甲弹时, 对轧制均质钢装甲的破甲深度最大约为700 mm;而贫铀合金的破甲弹破甲深度最大约为 900~1 000 mm。这2个特性使得贫铀成为
穿甲弹和装甲金属板的理想材料。
化学特性
DU在酸性和中性介质中, 易形成
铀酰[yóu xiān]阳离子 (UO) , 在碱性介质中易形成铀酸根或重铀酸根
阴离子。DU爆炸后, 金属铀被氧化为U3O8、UO2和UO3等, 在空气中形成气溶胶。
放射学特性
贫铀中238U衰变时发射α、β粒子和γ光子, 但以α粒子为主, 主要能量为4.196 MeV与4.049 MeV。238U还进行自发裂变, 其半衰期为9.86×l015年, 中子产额为18×10-2 n/sg。中子能谱与快中子诱发裂变的能谱相近。
服役情况
采用国家
世界上已有20多个国家或地区拥有贫铀弹。
美国是最早装备贫铀弹的国家。美国从20世纪50年代开始研制贫铀弹,60年代进人大规模试验论证阶段,70年代定型并开始装备部队。目前美国已经开发出各种口径的
贫铀穿甲弹,随后
英国、法国、
以色列等国也开始研制贫铀弹并开始装备部队。
实战运用
贫铀穿甲弹在近代现代战争中已被屡屡使用并显示其威力。贫铀弹的最早实战使用是在1982年的
马尔维纳斯群岛战争中,而让世界真正认识贫铀弹的穿甲威力的则是
海湾战争。
海湾战争
1991年的海湾战争中,多国部队共向
伊拉克投放了约94万枚贫铀弹,相当于5枚5万吨级的原子弹爆炸后所产生的放射性污染。
在1991年海湾“沙漠风暴”战争中,
美国首次大规模使用了坦克贫铀炮弹和贫铀装甲材料,以及A-10空地攻击机的贫铀炮弹、
贫铀穿甲弹等贫铀武器。美空军148架A-10飞机共飞行8077架次,发射783514发30mmAPI穿甲燃烧弹,每一个炮弹含贫铀0.3kg,共消耗贫铀235000kg。美陆军共使用9552发三种型号贫铀弹,消耗贫铀50550kg。美海军还出动86架AV-8B鹞式飞机,共飞行3542架次,发射67436发PGU/20~25mm贫铀弹,每发含贫铀150g,共消耗贫铀10110kg。英军在
海湾战争中发射了100发120mmAPFSDS贫铀弹,且在沙特训练中也使用了贫铀弹,共计消耗贫铀近1000kg。美英两国军队在这次战争中总共消耗贫铀近300吨。
贫铀穿甲弹的出现有效地提高了穿甲弹的威力。在海湾战争中,苏制T-72坦克125mm
加农炮(非贫铀弹)最大有效射程1800m,不能穿透美M1A1坦克贫铀装甲,而美M1A1坦克120mm加农炮(贫铀弹)则在加倍距离上可击穿苏制T-72非贫铀装甲。而且
M1A1主战坦克的M256型120mm滑膛炮所用的M829型贫铀穿甲弹在对付
伊拉克的苏制T-72坦克时,在穿透主装甲或
炮塔之后又能有效地破坏车内设备,引爆车内炸药。T-72坦克的装甲是一般
穿甲弹难以穿透的。由此可以看出贫铀弹的强大威力。在这场战争中,
美国军队共有M1A1系列坦克1772辆,有594辆采用贫铀夹层装甲,皆未被伊拉克炮火、反坦克导弹和步兵反坦克武器所穿透。而
美国海、陆、空军使用贫铀炮弹摧毁了伊拉克4000多辆装甲战斗车辆,美军仅被伊拉克炮火毁伤25辆战车。
波黑战争
1995年巴尔干战争中以美国为首的
北大西洋公约组织部队共使用贫铀量为2750kg。1994一1995年间在波黑使用10800枚贫铀弹。
科索沃战争
在1999年的科索沃战争中,北约在对
南斯拉夫联盟共和国78天的空袭中,共对南联盟
科索沃使用贫铀弹大约3.1万枚,狂轰滥炸和火灾导致放射性物质在250万公顷的地区内弥漫,科索沃冲突中使用的贫铀武器弹头长95 mm,直径16mm,重量约300g。贫铀弹对南联盟,特别是科索沃地区的自然环境和生态带来严重的放射性污染。科索沃战争中
北大西洋公约组织使用的贫铀弹共有4种:一种是专门针对建筑物,长度达6米,每枚含铀100公斤的贫铀炸弹;一种是30毫米反坦克贫铀炮弹,每枚含铀3.2公斤;一种专用于摧毁机场跑道的含铀
子母炸弹,每枚总重量600公斤;还有一种是在空战中使用的贫铀炮弹,这种炮弹装有约5公斤重的铀化合物。
伊拉克战争
2010年7月22日,
英国国防大臣
利亚姆·福克斯承认英军在2003年的
伊拉克战争中使用了贫铀弹。英军在2003年的伊拉克战争中使用了约1.9吨的贫铀弹。据
美国国防部对外公布的一份报告显示,美英联军在伊拉克战争中使用了大量的贫铀弹(BDU)。
美国军队的
A-10攻击机发射了30万发炮弹,其中贫铀弹与普通炮弹的比例是5:1。以此推算,仅美军的A-10攻击机在
伊拉克境内留下的贫铀弹残片即为75吨。此外,美英联军的坦克和装甲车也都装有贫铀弹。
危害
贫铀弹对人体和环境究竟有多大危害,至今仍在探讨之中。但铀是一种毒性很强的放射性物质,它既有辐射毒性,又有化学毒性(低于、汞及铅),一般来说,可溶性的铀,其化学毒性的危害是主要的,而难溶性铀在体内的危害主要与铀的放射性有关。贫铀弹不像原子弹那样可以在数秒钟内将城市夷为平地,生物也不会在短时间内受到危害,但其破坏性却不可低估。
贫铀弹对生物体的作用
由于238U的放射性较低,所以贫铀的放射性大约只有
天然铀的50%.238U释放
γ射线的能力极弱,几乎可以忽略不计。而三种基本射线中,放射性危害最大的当属γ射线。所以238U不像某些强辐射
同位素那样危险。但是238U释放α射线的能力很强,只比238U稍弱。α射线的穿透能力是最弱的,在空气中射程大约为2.73cm,在致密物质中射程更短,仅能穿透人体皮肤角质层,因此基本不存在外照射危害。所以在正常状态下按照正常的使用和运送方法,未使用的贫铀弹一般是无害的。但是贫铀弹在被使用后,其严重危害性就会暴露出来:气溶胶化了的氧化铀和贫铀微粒可以进入人体内部,以很大的概率被人体器官吸收,形成严重的内照射,使人体器官受到严重损伤。关于其化学毒性,主要是铀进入人体内时,在骨、肾脏、肝脏内沉积,尤其是肾脏,最易受到铀的毒性作用。
含铀的放射性微粒和气溶胶,可以通过多种方式进入人体,其进入人体的途径主要有:
1)经呼吸道吸入:贫铀弹爆炸后自燃,18%~70%形成气溶胶,50%以上是可吸入粒子,吸入的氧化铀在肺内的滞留期很长,对肺构成持久的照射。
2)经消化道摄入:贫铀气溶胶逐渐沉降至地表,进入水和土壤,造成水源、食物污染或接触者手的污染,通过食物链进入人体。此外,沉积在呼吸道的铀,大部分借呼吸道纤毛运动转移到咽喉并吞咽入胃肠道。进入胃肠道的大部分随粪便排出,吸收较少。
3)皮肤和伤口:难溶性的铀很难通过完整的皮肤,可溶性的化合物不仅可以被吸收,而且可以引起全身中毒症状。战争情况下,比较容易出现各种皮肤伤口,而氧化铀经伤口吸收进入生物体的概率则大大地增加。
4)眼结膜吸收:通过眼吸收的铀部分可与眼组织成分中的
蛋白质结合,在眼中长期蓄积,引起局部组织的损伤。
放射性铀进入体内后,通过生物转运,迅速分布于人体的相应部分,进入人体的铀分布如下:
1)铀在血液中的存在形式:吸收入人体血液中的铀,主要分布在
血浆,
铀酰离子易与血浆中许多
无机化合物和
有机酸反应,如
柠檬酸、
DL-乳酸、磷酸、
丙酮酸、
DL-苹果酸和重
碳酸等,形成可扩散、易透过生物膜的络合物;也可以与蛋白质反应,形成非扩散的络合物。血浆中的铀主要是与血浆白蛋白结合,与球蛋白结合较少。铀自血液中消失的速度也比较快,90%以上在进入血之后1h就已经离开血液,迅速分布到各个器官、组织。
2)铀在体内的分布特点:吸收入血的铀可以迅速地分布到各个组织器官。铀进入血液后24h,25%~50%到达器官,其中主要滞留在肾脏、骨骼、肝脏和脾脏,其他器官比较少,早期肾脏中铀含量最高,其次为肝、脾等。晚期骨骼中铀滞留量的比例明显升高。一般来说,6价铀主要分布在肾脏和骨骼,4价铀主要滞留在肝脏和脾脏。而通过呼吸道吸入的难溶性铀化合物,主要滞留在肺淋巴结和肺组织。体内各组织器官含铀量和吸收剂量水平的顺序是:肺淋巴结\u003e肺\u003e骨\u003e肾\u003e肝\u003e脾。这说明进入血液的可溶性铀的化合物和从肺部吸入的铀
难溶性化合物的分布特点不同,通过肺吸入的难溶性铀的化合物在肝脾含量极少。
进入体内的铀化合物可以通过生物代谢和放射性衰变的方式逐渐降低体内放射性铀的含量,但由于铀的半衰期很长,所以其排除主要是通过生物代谢的方式,通常放射性铀在体内的生物半排期为1~2a。其排出方式如下:
1)肠道排除:食入或吸入的部分都可以由肠道排出体外。经肠道排出的铀来自两个部分,一是未经胃肠道吸收的部分,其排出量较多,速度快。难溶性铀化合物,除0.2%被吸收外,其余全部被排除;二是吸收后的铀经肝胆系统排出到肠道,由粪便排出。
2)肾脏排除:吸收后的铀也可迅速从肾脏排出,其分为两部分,早期排出量较多、速度快,称为快速排除部分,这时排除的尿铀主要是血液中或软组织中未被结合固定的铀。吸收的铀大部分滞留在器官组织中,之后由肾脏排除的量减少,速度减慢,称为慢排除部分。贫铀弹的放射性作用于生物体后,会出现核辐射生物效应。贫铀的a粒子的能量高(4MeV),体内射程很短,直接作用于
细胞,细胞吸收核辐射的能量后,通过直接效应和间接效应使细胞内物质的分子和原子发生电离和激发,形成
自由基,进而导致体内
蛋白质和
核酸等
有机高分子化合物物质分子键断裂而破坏;同时它还会使生物机体内水分子电离成自由基,其与细胞内其他物质相互作用,会破坏更多的
生物分子,导致细胞变性甚至死亡,直至引起物质代谢和能量代谢障碍,引起整个机体发生一系列病变。
贫铀弹战场污染问题
除了贫铀弹对生物体伤害作用之外,贫铀对战场污染问题也是一个大众普遍关心的问题。当贫铀穿、
破甲弹击中目标时,产生大量弹片和碎屑散布在目标附近,铀的燃烧特性还产生大量铀
氧化物以烟和粉尘状态附着在靶上和沉降在地面上,这类具有放射性的产物可被人工探测到,以洗消的办法清除。
贫铀弹未击中目标时发生的跳弹或飞弹是比较难探测的。
美国军队30mm
航空机炮发射的
贫铀穿甲弹,每秒钟射出或回落至地面16~20kg铀合金,而且呈大面积散布,相当一部分贫铀弹还将射入地下,给战场清理造成很大困难。在这种情况下,除进行人工探测和洗消外,需要以探测车进行大面积探测和清扫。
坦克炮发射的贫铀穿甲弹击中目标时往往断裂成较多碎块,四处飞散,散布面积也很大;当脱靶时,如果火炮处于最大射程角附近,由于贫铀弹的截面密度高和迎风面积小(风阻小),弹体可能飞行几十千米以外才落地,而且这种贫铀弹钻入地面以下的可能性很大,这都给探测和清理战场造成更大的困难。
相关事件
英国国防部于2023年3月下旬表示,英国向
乌克兰输送的
挑战者-2主战坦克配备弹药中将包含贫铀弹,并强调“贫铀弹对当地环境和居民没有明显伤害”。此消息一出,国际舆论一片哗然。使用贫铀弹是世所公认的“危害人类严重罪行”,但英国政府揣着明白装糊涂,可谓用心险恶 。并于同年4月,英国向基辅交付了适用于“挑战者2”坦克的贫铀穿甲炮弹。
2023年6月,
美国宣布将向乌克兰提供贫铀弹。同年9月6日,美国宣布价值1.75亿美元的新一批对乌克兰军事援助,包括用于美制“艾布拉姆斯”M1A1坦克的120毫米口径贫铀弹。这是美国首次向
乌克兰提供贫铀弹。