现代武器装备在战争中运用带来的环境问题（二）

第三部分：贫铀装备于战争中的运用及其环境后果

相对于机械化装备而言，贫铀装备在战争中应用导致的环境后果这个问题更加复杂，必须加以更深入的分析。

第一节：贫铀特性

  在天然铀矿中，含有U238、U235、U234三种同位素，其中U235约占99.27%，U235约占0.72%，U234约占0.0055%。其中只有U235（铀-235）才能实现裂变反应，但因为其含量较低需要反复提纯（即铀浓缩）才能获得，而提炼中获得的大量所谓的“核废料”中，主要成分即为U238（铀-238），另含有少量U235。

  美国原子能标准委员会（NRC）将 U235低于0.711%的铀定为贫铀，美国国防部标准则为U235含量在0.3%以下，而实际使用的标准是0.20%。因此，认为U238即为贫铀是并不准确的——尽管U238确实是贫铀的主要成分，而且U238本身亦具有放射性。贫铀的性能和各类矿物含量可见下表。

由表1可见，美军使用的贫铀其放射性相当于一般天然铀的约60%，其辐射能大部分为U238所贡献。另，美国用来制造武器装备的贫铀中含有0.00030%的U236，可知其来源为核电站废料，因为这种铀同位素只有通过裂变反应才能产生，在天然铀中一般无存。从表中我们亦可知U238的半衰期为同位素中最长。贫铀的密度约为19.1克每立方厘米，与钨的密度19.3克每立方厘米相仿，属于密度较高的重金属类。

贫铀具有辐射能力，能够发射α射线、β射线、γ射线三种射线。其中α射线穿透力较弱，在空气中仅能穿透2.73厘米；β射线和γ射线穿透力较强，其中γ射线能量较大。但总体来说，贫铀的放射性相对不强。

第二节：贫铀装备的发展动因

  冷战时期，两大军事集团在政治、军事、科技、经济、文化等领域展开全面对抗，其中在军事领域对抗的主要表现之一便是军备竞赛。在地面装备上，苏联于1967年研发出了划时代的434号工程，即T-64式主战坦克。这种坦克装备有复合装甲，能够有效的防御当时西方战车炮的碎甲弹、破甲弹和尾翼稳定脱壳穿甲弹的打击。T-64坦克的复合装甲呈现出一种夹心结构，采用两层装甲板以前厚后薄的形势布置，中间布置有氧化铝陶瓷和玻璃纤维制成的复合夹层。

图1：T-80坦克装甲结构图，其布置法较T-64更为优化，考虑到了背板效应。注意其装甲钢之间的复合材料夹层和背板之后用于防辐射的渗铅涂层。

为了对抗装备复合装甲的T-64及其直系后裔T-80，以及同样装备复合装甲的T-72，美军开始考虑研发新式的穿甲弹。而此时贫铀合金的独特特性开始引起美军的注意。与很多科普读物和一些不明真相的研究者所宣称的不同，有着较大密度的贫铀合金实际上并不十分坚硬，反而相对柔软。但是，相对柔软的贫铀合金却有相当优秀的“绝热修剪” （adiabatic shear）性能，国内亦将其称之为“自锐化”能力。在遭遇装甲阻碍时，贫铀反而能够比更加坚硬，但是绝热修建性能稍逊的钨合金穿透更高。下图所示为德军使用WHA钨合金材料的DM53型120毫米尾翼稳定脱壳穿甲弹弹芯和美军使用的DU-3/4Ti材料（这是一种铀钛合金）的M829A3型120毫米尾翼稳定脱壳曳光穿甲弹弹芯在穿甲过程中的形状变化，可见M829A3要较DM53更为尖锐。

图2：WHA合金弹芯与铀钛合金弹芯在穿甲过程中的形状差异

正是由于这样出色的特性，在一定着速范围内，贫铀弹可以以更低的着速达到与更高着速钨合金弹相当的穿深，而同等着速的贫铀弹可以获得高于钨合金弹的穿深，如图6和图7所示。

图3：在着速约1900米每秒以内，铀钛合金弹芯的穿深较WHA合金弹芯有一定优势，在着速1300米每秒附近，这种优势最为明显。

图4：根据图6原理绘制的贫铀弹与钨合金弹穿深随着速增加变化曲线示意图。可见在着速为2000米附近时贫铀弹和钨合金弹两者穿深已经没有太大区别。在着速超过2000米之后，两种弹都将面临穿透力提升不明显的一个平台期，而此时钨合金弹的穿透性能将开始优于贫铀弹。

然而根据弹道学原理，着速的大小除了与炮弹本身的弹道系数有关之外，最大的影响因素即是炮弹初速。而炮弹初速与火炮身管长度以及膛压有着密切的关系。这种关系原理如图8所示。由图可知，同口径下欲提高弹丸初速，则需要设法提高膛压，增加身管长度。然而，提高膛压需要身管材料机械性能更加优化，发射药铅胀系数更高，从而对材料技术提出不小的挑战；而增加身管长度，不仅会增加火炮质量，由此带来搭载平台的大型化等不利因素，又会因炮管挠度等问题带来火炮精度的恶化。在目前技术条件下，滑膛战车炮发射使用固体发射药的尾翼稳定脱壳穿甲弹，其初速极限约为2000米每秒，而考虑到上述因素，世界各国主流战车炮初速一般不超过1800米每秒——根据图6和图7，这个速度正好处在贫铀弹的优势范围之内。

图5：典型内弹道曲线图。图中P为膛压，L表示不含药室的身管长度，V代表弹丸速度。

此外，贫铀可燃。贫铀粉末本身就是易燃易爆物，在空气中便能自燃，在穿甲过程中由于摩擦产生的高热亦能够将贫铀弹芯点燃。而根据威斯康星大学融合研究室的研究报告《金属燃烧行为研究》（Studies of Metal Combustion）中提到，在静态燃烧下，贫铀在纯氧中燃烧温度为2115摄氏度，氮气燃烧温度为1500摄氏度。在美国政府提交的《放射性废物处置》报告一文中，曾经提到“Uranium can spontaneously ignite and then burn at temperatures of above 10,832 degrees Fahrenheit”（贫铀的燃烧温度可达10832华氏度），约折合摄氏6000度。贫铀燃烧产生的高温能够将敌方战车内部成员杀死，并引燃车内可燃物，甚至造成弹药殉爆，产生更加较不可燃的钨合金更为优秀的穿甲后效。

  而随着苏联方面，反坦克火力的提升，贫铀亦被用于复合装甲中的复合材料夹层的制造。

  从成本上考虑，如前所述，美国使用于武器装备的贫铀来自于核废料，原料获得成本相当低廉，在财政上也容易为人所接受。

同时，由于制造贫铀装备的贫铀合金原材料放射性较弱，人体可以在弱防护下接触，制成的贫铀弹在完好状态下可以直接握持，根据美国食品和药片管理局实验，士兵身处装满贫铀弹的车辆内20-30小时，所遭受的辐射量大致相当于一次X光胸透，贫铀装备中固态的放射性物质所发射的α射线只要一张纸就能挡住。而复合装甲中贫铀复合材料夹层又处在装甲钢板之间，且车内还有用于防辐射的渗铅涂层，所以对于成员的辐射可以忽略不计。美军认为贫铀武器装备从不损害使用者健康的方面考虑是可以接受的。

（未完待續）