全氮炸藥？一看到這個名字，第一個念頭就是，氮？不會是氮氣吧？這也能做炸藥？
是的，全氮炸藥中的氮確實指的是氮氣的氮。
並且它的威力比TNT炸藥還要大，能量相當於核彈，而且最為關鍵的是它極其環保。
現今的核武器已經發展到了第三代。
第一代是分裂武器，也就是原子彈；第二代是融合武器，也就是氫彈；而第三代則是中子武器，也就是中子彈。
現在，正在研發的第四代核武器，可能是一種以氮為原料的核武器。
那麽今天讓我們圍繞著氮作為炸藥這一主題展開討論。
了解一下各種各樣的爆炸。
要被用作炸藥，必須具備高品質的能量。
這類高品質的能量可以是化學能、應變能等等。
首先，我們來看看化學能爆炸。
我們在日常生活中所見的炸藥，其能源來自於化學鍵中所蘊含的巨大化學能。
當化學鍵被打破時——通常透過燃燒來實作，盡管也存在其他特殊情況——將會釋放出大量的熱能，進而引發高溫高壓瓦斯的產生。
這些瓦斯受壓膨脹，對外界做功，將周圍的所有物丟擲或擠壓，從而實作了爆炸。
若瓦斯的膨脹速度超過音速，就會形成沖擊波，導致附在瓦斯上的固體碎片以極高的速度被丟擲。
這些高速丟擲的固態碎片會對人或建築物造成直接攻擊，引發爆炸的致命後果。
其次，我們再來看看應變能。
王子之淚，外觀宛如一只較大的蝌蚪，頭部圓潤，尾部彎曲而細長。
盡管被稱為王子之淚，但實際上它只是熔融的玻璃在落入冷水後形成的。
它擁有一個顯著的特征：當用錘子敲打時，不僅可能不會碎裂，甚至還可能將錘子反彈，使其飛起。
然而，它也有自己的弱點，比如只要折斷了尾巴，就會立即化為粉末。
由於在熔融玻璃形成蝌蚪形狀的過程中，大量應變能被積累。
因此，當面對鐵錘的直接打擊時，應變能聚整合功抵禦了鐵錘的沖擊，並將其反彈，這顯示了其強大的能量。
將尾巴截斷後，應變能得以釋放，就像氣球泄氣一樣。
然而，與氣球泄氣不同的是，主體在爆炸中被摧毀並化為粉末。
整個過程就是一次爆炸過程，產生的沖擊導波致主體被炸成了碎片。
當然，此時的應變能看似威力有限，僅能將自身摧毀，似乎無濟於事。
這種想法是錯誤的，因為還存在著另一種具備更大威力的應變能爆炸。
比如，鉆石應變能爆炸便是如此。
鉆石在高溫高壓的極端環境中形成，因此被譽為自然界中最堅硬的物質。
在科學家看來，石墨比鉆石更加穩定，因為後者代表著更加穩定的排列方式。
從長遠來看，比如以宇宙時間為尺度，最終的結果是鉆石會還原為石墨。
談及此事，科學家們便會產生一個疑問。
既然鉆石是在高溫高壓的條件下產生的，那麽它必然吸收了大量的能量。
鉆石的穩定性較低，意味著它能被碾壓成石墨。
那麽，能否將鉆石加工成炸藥，利用其中的能量呢？
答案是可以，這種能量是一種應變能。
醫學領域已經實作了這種爆炸。
使用奈米級的鉆石，將其輸送到病竈位置，比如腫瘤。
將奈米鉆石固定後，用紫外線照射，使其膨脹並行生爆炸，從而殺死腫瘤細胞。
這種爆炸明顯威力較小，那麽能否透過提高鉆石的濃度來增強炸藥的效果嗎？
珍娜·詹金斯，美國陸軍實驗室的一名研究人員，成功地做到了這一點。
首先，將奈米鉆放入六角形足球烯中，這與用一個網兜將奈米鉆包裹住類似，只不過在這種情況下，奈米鉆必須完全填滿足球烯。
為何選擇足球烯？
足球烯因其彈性非常好，不僅意味著可以容納更多的奈米鉆，也意味著在奈米鉆爆炸時，能夠約束更多的能量。
當能量達到臨界點時發生爆炸，這種威力將會更強大。
因此，這種鉆石炸彈的爆炸可以分為兩個階段：首先，奈米鉆發生爆炸，產生高溫高壓瓦斯；然後，瓦斯膨脹推動足球烯向外凸起，接著發生第二次爆炸。
第二次引爆的不是應變能，而是足球烯化學鍵斷裂後產生的化學能。
這種爆炸產生的能量相當於火箭燃料的能量，因此，鉆石炸藥有可能成為新一代火箭燃料。
當然，要讓鉆石爆炸，還需解決兩個問題。
首要問題是價格，鉆石並非廉價，然而隨著人造鉆石的廣泛使用，這個問題已經迎刃而解。
第二個問題是引爆奈米鉆需要高功率雷射，當前的技術尚未達到這一水平。
具備了這些知識，接下來的事情就變得清晰起來。
氮真的能做炸藥？
大氣中約有78%的物質是氮氣，由兩個氮原子構成，結構異常穩定，幾乎在所有情況下都不會與其他物質發生反應。
因此，氮氣被譽為極其惰性的瓦斯。
丹尼爾·拉塞福，1772年發現氮氣的科學家，甚至將氮氣稱為「死的空氣」。
盡管如此，地球上的所有生物依然離不開氮氣，比如微生物能夠將氮氣轉化為更活潑的形式。
氮氣非常獨特，這讓科學家們對其展開了深入研究。
然而，在接下來的一百多年裏的觀察和研究中，科學家們並未發現任何變化。
有人甚至認為氮氣太穩定了，只能以雙原子的形式出現，這與氧原子可以組成氧氣的事實形成了鮮明對比，氧原子由兩個原子構成，而臭氧則由三個原子構成。
硫原子甚至可以結合六個、七個、八個原子，甚至是十個。
就在科學家們幾乎要放棄的時候，1890年，他們發現了三個氮原子結合在一起的氮元素。
這是一種帶有負電荷的疊氮離子，當這種疊氮離子與金屬混合時，會形成一種爆炸性的化合物。
在實驗過程中，科學家們嘗試將鉛、水銀，甚至鋇與疊氮離子混合，從而形成了許多具有爆炸效能的化合物。
現在的問題是，為什麽雙原子構成的氮氣如此穩定，而三原子構成的氮氣卻極其不穩定，要爆炸？
從科學的角度解釋這個問題有些復雜，但我可以用一個生動的比喻來進行說明。
所有物質都傾向於追求穩定，這是它們的基本內容。
當氮以雙原子結構存在時，它處於極其穩定的狀態。
其他不太穩定的元素，在面對三原子氮時，會為了追求這種穩定，自然地與三原子氮結合。
這個形成化合物的過程異常迅速，以至於形成的化合物極其不穩定，隨時要爆炸。
這種爆炸的威力如何？
相當巨大。
因為雙原子氮結構中有三根化學鍵相連。
在化學能方面，這已經算是相當可觀的了。
那麽，若有三個氮原子或更多數量的氮原子結合在一起呢？
顯然，化學鍵的數量將會增加，這意味著儲存的化學能將會增加，因此釋放出的能量也會隨之增大。
請接著聽我講。
自從發現了三個原子組成的氮，科學家們開始懷疑：難道還有別的形式的氮存在嗎？
然而，研究陷入了僵局，長時間都沒有重大的新發現。
之所以出現這種情況，有許多因素，但最關鍵的因素是，除了雙原子氮外的其他結構都具有爆炸性。
一旦發生爆炸，即使不是在實驗室裏，實驗室裏的工作人員也會面臨危險。
因此，這項工作很少有人願意從事。
當然，人數少並不意味著沒有。
直到1999年，五原子氮結構才被發現。
美國空軍研究實驗室的美國科學家在加州首次發現了這個物質。
這種五原子氮與三原子氮不同，它帶正電。
整個制備過程極其危險，涉及三種危險原料：一種是疊氮酸，一種是極其危險的爆炸物；另一種是毒性極強的砷化物；最後一種是腐蝕性極強的液體氟化氫，足以將玻璃溶解。
這三種原料各自代表了危險的三個層次，因此，在混合配置時，可以想象其危險程度極高。
怎麽做呢？首先將前兩種原料按一定比例溶於第三種物質中，經過化學反應後，會得到一種白色沈澱物。
五原子氮就是這種白色的固體，常溫下它非常穩定，但只要稍微受到碰撞或者溫度略有升高，就會發生爆炸。
在進行研究的過程中，這位科學家經歷了一次爆炸，導致一部份實驗裝置遭到破壞。
很明顯，這種物質無法被使用。
下一步是合成一種可以在常溫下存在的純氮物質，這樣就可以安全地加以利用。
中國的進展。
2017年，胡炳成教授率領的團隊突破了這個限制。
他們合成了名為多氮化物的物質，與美國的五氮原子結構不同，這種物質由氮陰離子構成。
此外，這種全氮陰離子鹽的分解溫度為116度，因此在常溫下可以說是相當穩定的。
相比美國實驗小組的成果，這個顯然更具實用性。
最關鍵的是，胡炳成教授團隊使用的原料價格非常低廉，這滿足了工業推廣的一個必要條件。
後來，美國也不甘落後，再次提到的那位科學家珍娜.詹金斯，成功合成了一種全新的多氮化合物。
這是一種藍色的液體，由巨大高壓鉆石在壓腔中合成，密度是水的三倍，液態氫的五十倍。
截至2018年，僅合成了三克該物質，並被保存在77K的低溫環境中。
爆炸力如何呢？
很遺憾，無法進行測試，因為每次測試都需要十克的量，而且這種測試需要多次進行才能得出有效數據。
然而，根據理論計算，其爆炸威力可以達到TNT的三到十倍。
最關鍵的是，這種多氮化合物極其不穩定，必須在低溫下保存，並且與空氣接觸就會發生爆炸。
同樣，它也沒有實際的套用價值。
因此，中國在2017年合成的全氮物質，是最大的突破。
這種實驗仍在不斷進行中。
2023年，中國的科研團隊成功地又一次駕馭了這種物質，立方氮橫空出世。
此外，還可以實作量產，這意味著在常溫下不存在不穩定的情況，可以將其用作一般的炸藥。
事實上，立方氮在分解時需要達到四百八十八度的高溫，其能量密度是TNT的五倍。
最關鍵的是，使用立方氮後，生成的唯一產物是氮氣。
因此，如果要討論環保和永續性，立方氮無疑是首屈一指的。
談到此處，似乎與題目中提到的將其作為第四代核武器的關系不大。
氮的研究需要繼續深入，才能與之相符。
最終目標是金屬氮，其能量密度僅為TNT的十分之一。
如果成功制成了金屬氮，它作為核彈的原料，其殺傷力將遠遠超過原子彈的威力。
爆炸時產生的高溫瞬間可達七千七百度，只需一瞬間就能摧毀一座城市。
此外，它還可以實作威力和方向的控制，甚至連產生的電磁脈沖都能摧毀敵方的通訊指揮系統和電子系統。
可以從最小的一噸開始調整當量，這將進一步縮小核武器和常規武器之間的界限。
進一步思考這個問題，我們可以設想金屬氮的體積可以被縮小到像子彈一樣大小，從而實作核武器的小型化。
這種武器最可怕之處在於它的當量和體積都可以被精準控制。
爆炸結束後，不會像前三代核武器那樣造成汙染，周圍的人員和環境不會受到任何影響。
它還有一個優點，通常核武器會使用原子彈作為引信，而全氮核彈則不需要，因為它可以被雷射、強射線或磁壓縮等多種方式引爆。
最後，我想指出，上文中提到的全氮陰離子炸藥，如果使用二百噸進行引爆，其威力將超過戰場首顆原子彈爆炸時的威力。
