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世界上已知最強的化學爆炸物,可用作氫彈的綠色扳機

如果要盤點未來的新概念武器,金屬氫肯定能算一個。固態金屬氫能存儲大量能量,且單位體積能量高,其能量密度高達218kJ/g,是TNT炸藥(4.65kJ/g)的約50倍,是綜合性能最好的奧托金HMX炸藥(5.53kJ/g)的約40倍,是世界上已知化學爆炸威力最強的物質。一個啤酒瓶大的這物質,可以炸沉一艘軍艦。

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普通炸藥的爆炸效果

氫是我們十分熟悉的元素,作為元素周期表的第一號元素,它由一個質子和一個電子組成,常溫常壓下氫是氣體,當溫度降低到20K時變為液體,進一步降低到14K時成為固體。另外,常溫下加壓到5.4GPa(5.4萬個大氣壓),氫氣也會變為固態。1935年Wigner和 Huntington兩位科學家從理論上分析,稱氫在超高壓下可能變成金屬,不過他們計算的壓強是25GPa。

氫在不同壓力下的不同狀態

從時候開始,在實驗室中製作金屬氫就是高壓研究人員的夢想。當在一個砧中擠壓到足夠壓力時,氫氣就能導電,這是金屬態的一個特徵。理論學家稱該材料還有其他的特徵,如可以作為沒有任何阻力的超導體,即便在室溫下也是如此。金屬氫是一種亞穩態物質,重要特性就是當壓力撤除後,它並不會馬上恢復成普通氫氣。打個不十分恰當的比方,這有點類似於人們利用石墨在高溫和高壓條件下製備金剛石,當恢復到常溫常壓之後,金剛石仍然會保持金剛石的狀態,而不會變回石墨。

2017年1月26日,哈佛大學的艾薩克·席維拉團隊在《科學》雜誌上撰文稱,他們將氫氣樣本冷卻到了略高於絕對零度的溫度,在比地球中心還高的極高壓下(495千兆帕斯卡的高壓下,大約相當於488萬個大氣壓),用金剛石對氫氣進行壓縮,成功獲得了一小塊金屬氫,這塊金屬氫樣本被保存在兩塊微小的金剛石之間。

艾薩克在哈佛大學發布的新聞公告中說:「製備金屬氫是高壓物理學的聖杯,這是地球上首個金屬氫樣本。」

世界上第一個金屬氫樣本

除了做成比TNT厲害幾十倍的炸藥之外,金屬氫還有如下用途:

金屬氫是一種亞穩態物質,可以用它來做成約束等離子體的"磁籠",把熾熱的電離氣體"盛裝"起來,這樣,受控核聚變反應使原子核能轉變成了電能,而這種電能將是廉價的又是乾淨的,在地球上就會方便地建造起一座座"模仿太陽的工廠",人類將最終解決能源問題。

低溫超導體

金屬氫又是一種室溫超導體,它將甩掉背在超導技術"身上"的低溫"包袱"。超導材料是沒有電阻的優良導體,但已研製成功的超導材料的超導轉變溫度多在零下250℃左右,這樣的低溫工作條件,嚴重地限制了超導體的應用。金屬氫是理想的室溫超導體,因此,可以大顯身手。

用金屬氫輸電,可以取消大型的變電站而輸電效率在99%以上,可使全世界的發電量增加四分之一以上。如果用金屬氫製造發電機,其重量不到普通發電機重量的10%,而輸出功率可以提高几十倍乃至上百倍。

金屬氫還具有重大的軍用價值。火箭是用液氫作燃料,因此必須把火箭做成一個很大的熱水瓶似的容器,以便確保低溫。如果使用了金屬氫,火箭就可以製造得靈巧,小型。金屬氫應用於航空技術,就可以極大地增大時速,甚至可以超過音速許多倍。由於相同質量的金屬氫的體積只是液態氫的1/7,因此,由它組成的燃料電池,可以較容易地應用於汽車,那時,城市就不再像現在這樣喧嘩、污染而變得十分清潔、安靜。

氫彈爆炸

金屬氫的高爆威力,還能研製出不需要原子彈引爆的下一代氫彈。雖然氫聚變的產物沒有污染,但核聚變的條件太過苛刻,目前人類還只能使用原子彈輻射壓縮來實現。正因為如此,無論原子彈還是氫彈都會帶來巨大的核污染,即使是號稱相對乾淨的中子彈也是如此,如果可以大量製備出超高能的金屬氫,使用金屬氫爆炸的威力引發核聚變,那麼這種氫彈爆炸後將十分「乾淨」。

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