全氮炸药？一看到这个名字，第一个念头就是，氮？不会是氮气吧？这也能做炸药？
是的，全氮炸药中的氮确实指的是氮气的氮。
并且它的威力比TNT炸药还要大，能量相当于核弹，而且最为关键的是它极其环保。
现今的核武器已经发展到了第三代。
第一代是裂变武器，也就是原子弹；第二代是聚变武器，也就是氢弹；而第三代则是中子武器，也就是中子弹。
现在，正在研发的第四代核武器，可能是一种以氮为原料的核武器。
那么今天让我们围绕着氮作为炸药这一主题展开讨论。
了解一下各种各样的爆炸。
要被用作炸药，必须具备高品质的能量。
这类高品质的能量可以是化学能、应变能等等。
首先，我们来看看化学能爆炸。
我们在日常生活中所见的炸药，其能源来自于化学键中所蕴含的巨大化学能。
当化学键被打破时——通常通过燃烧来实现，尽管也存在其他特殊情况——将会释放出大量的热能，进而引发高温高压气体的产生。
这些气体受压膨胀，对外界做功，将周围的所有物抛出或挤压，从而实现了爆炸。
若气体的膨胀速度超过音速，就会形成冲击波，导致附在气体上的固体碎片以极高的速度被抛出。
这些高速抛出的固态碎片会对人或建筑物造成直接攻击，引发爆炸的致命后果。
其次，我们再来看看应变能。
王子之泪，外观宛如一只较大的蝌蚪，头部圆润，尾部弯曲而细长。
尽管被称为王子之泪，但实际上它只是熔融的玻璃在落入冷水后形成的。
它拥有一个显著的特征：当用锤子敲打时，不仅可能不会碎裂，甚至还可能将锤子反弹，使其飞起。
然而，它也有自己的弱点，比如只要折断了尾巴，就会立即化为粉末。
由于在熔融玻璃形成蝌蚪形状的过程中，大量应变能被积累。
因此，当面对铁锤的直接打击时，应变能聚集成功抵御了铁锤的冲击，并将其反弹，这显示了其强大的能量。
将尾巴截断后，应变能得以释放，就像气球泄气一样。
然而，与气球泄气不同的是，主体在爆炸中被摧毁并化为粉末。
整个过程就是一次爆炸过程，产生的冲击波导致主体被炸成了碎片。
当然，此时的应变能看似威力有限，仅能将自身摧毁，似乎无济于事。
这种想法是错误的，因为还存在着另一种具备更大威力的应变能爆炸。
比如，钻石应变能爆炸便是如此。
钻石在高温高压的极端环境中形成，因此被誉为自然界中最坚硬的物质。
在科学家看来，石墨比钻石更加稳定，因为后者代表着更加稳定的排列方式。
从长远来看，比如以宇宙时间为尺度，最终的结果是钻石会还原为石墨。
谈及此事，科学家们便会产生一个疑问。
既然钻石是在高温高压的条件下产生的，那么它必然吸收了大量的能量。
钻石的稳定性较低，意味着它能被碾压成石墨。
那么，能否将钻石加工成炸药，利用其中的能量呢？
答案是可以，这种能量是一种应变能。
医学领域已经实现了这种爆炸。
使用纳米级的钻石，将其输送到病灶位置，比如肿瘤。
将纳米钻石固定后，用紫外线照射，使其膨胀并发生爆炸，从而杀死肿瘤细胞。
这种爆炸明显威力较小，那么能否通过提高钻石的浓度来增强炸药的效果吗？
珍妮·詹金斯，美国陆军实验室的一名研究人员，成功地做到了这一点。
首先，将纳米钻放入六角形足球烯中，这与用一个网兜将纳米钻包裹住类似，只不过在这种情况下，纳米钻必须完全填满足球烯。
为何选择足球烯？
足球烯因其弹性非常好，不仅意味着可以容纳更多的纳米钻，也意味着在纳米钻爆炸时，能够约束更多的能量。
当能量达到临界点时发生爆炸，这种威力将会更强大。
因此，这种钻石炸弹的爆炸可以分为两个阶段：首先，纳米钻发生爆炸，产生高温高压气体；然后，气体膨胀推动足球烯向外凸起，接着发生第二次爆炸。
第二次引爆的不是应变能，而是足球烯化学键断裂后产生的化学能。
这种爆炸产生的能量相当于火箭燃料的能量，因此，钻石炸药有可能成为新一代火箭燃料。
当然，要让钻石爆炸，还需解决两个问题。
首要问题是价格，钻石并非廉价，然而随着人造钻石的广泛使用，这个问题已经迎刃而解。
第二个问题是引爆纳米钻需要高功率激光，当前的技术尚未达到这一水平。
具备了这些知识，接下来的事情就变得清晰起来。
氮真的能做炸药？
大气中约有78%的物质是氮气，由两个氮原子构成，结构异常稳定，几乎在所有情况下都不会与其他物质发生反应。
因此，氮气被誉为极其惰性的气体。
丹尼尔·卢瑟福，1772年发现氮气的科学家，甚至将氮气称为「死的空气」。
尽管如此，地球上的所有生物依然离不开氮气，比如微生物能够将氮气转化为更活泼的形式。
氮气非常独特，这让科学家们对其展开了深入研究。
然而，在接下来的一百多年里的观察和研究中，科学家们并未发现任何变化。
有人甚至认为氮气太稳定了，只能以双原子的形式出现，这与氧原子可以组成氧气的事实形成了鲜明对比，氧原子由两个原子构成，而臭氧则由三个原子构成。
硫原子甚至可以结合六个、七个、八个原子，甚至是十个。
就在科学家们几乎要放弃的时候，1890年，他们发现了三个氮原子结合在一起的氮元素。
这是一种带有负电荷的叠氮离子，当这种叠氮离子与金属混合时，会形成一种爆炸性的化合物。
在实验过程中，科学家们尝试将铅、水银，甚至钡与叠氮离子混合，从而形成了许多具有爆炸性能的化合物。
现在的问题是，为什么双原子构成的氮气如此稳定，而三原子构成的氮气却极其不稳定，要爆炸？
从科学的角度解释这个问题有些复杂，但我可以用一个生动的比喻来进行说明。
所有物质都倾向于追求稳定，这是它们的基本属性。
当氮以双原子结构存在时，它处于极其稳定的状态。
其他不太稳定的元素，在面对三原子氮时，会为了追求这种稳定，自然地与三原子氮结合。
这个形成化合物的过程异常迅速，以至于形成的化合物极其不稳定，随时要爆炸。
这种爆炸的威力如何？
相当巨大。
因为双原子氮结构中有三根化学键相连。
在化学能方面，这已经算是相当可观的了。
那么，若有三个氮原子或更多数量的氮原子结合在一起呢？
显然，化学键的数量将会增加，这意味着存储的化学能将会增加，因此释放出的能量也会随之增大。
请接着听我讲。
自从发现了三个原子组成的氮，科学家们开始怀疑：难道还有别的形式的氮存在吗？
然而，研究陷入了僵局，长时间都没有重大的新发现。
之所以出现这种情况，有许多因素，但最关键的因素是，除了双原子氮外的其他结构都具有爆炸性。
一旦发生爆炸，即使不是在实验室里，实验室里的工作人员也会面临危险。
因此，这项工作很少有人愿意从事。
当然，人数少并不意味着没有。
直到1999年，五原子氮结构才被发现。
美国空军研究实验室的美国科学家在加州首次发现了这个物质。
这种五原子氮与三原子氮不同，它带正电。
整个制备过程极其危险，涉及三种危险原料：一种是叠氮酸，一种是极其危险的爆炸物；另一种是毒性极强的砷化物；最后一种是腐蚀性极强的液体氟化氢，足以将玻璃溶解。
这三种原料各自代表了危险的三个层次，因此，在混合配置时，可以想象其危险程度极高。
怎么做呢？首先将前两种原料按一定比例溶于第三种物质中，经过化学反应后，会得到一种白色沉淀物。
五原子氮就是这种白色的固体，常温下它非常稳定，但只要稍微受到碰撞或者温度略有升高，就会发生爆炸。
在进行研究的过程中，这位科学家经历了一次爆炸，导致一部分实验设备遭到破坏。
很明显，这种物质无法被使用。
下一步是合成一种可以在常温下存在的纯氮物质，这样就可以安全地加以利用。
中国的进展。
2017年，胡炳成教授率领的团队突破了这个限制。
他们合成了名为多氮化物的物质，与美国的五氮原子结构不同，这种物质由氮阴离子构成。
此外，这种全氮阴离子盐的分解温度为116度，因此在常温下可以说是相当稳定的。
相比美国实验小组的成果，这个显然更具实用性。
最关键的是，胡炳成教授团队使用的原料价格非常低廉，这满足了工业推广的一个必要条件。
后来，美国也不甘落后，再次提到的那位科学家珍妮.詹金斯，成功合成了一种全新的多氮化合物。
这是一种蓝色的液体，由巨大高压钻石在压腔中合成，密度是水的三倍，液态氢的五十倍。
截至2018年，仅合成了三克该物质，并被保存在77K的低温环境中。
爆炸力如何呢？
很遗憾，无法进行测试，因为每次测试都需要十克的量，而且这种测试需要多次进行才能得出有效数据。
然而，根据理论计算，其爆炸威力可以达到TNT的三到十倍。
最关键的是，这种多氮化合物极其不穩定，必須在低温下保存，并且与空气接触就会发生爆炸。
同样，它也没有实际的应用价值。
因此，中国在2017年合成的全氮物质，是最大的突破。
这种实验仍在不断进行中。
2023年，中国的科研团队成功地又一次驾驭了这种物质，立方氮横空出世。
此外，还可以实现量产，这意味着在常温下不存在不稳定的情况，可以将其用作一般的炸药。
事实上，立方氮在分解时需要达到四百八十八度的高温，其能量密度是TNT的五倍。
最关键的是，使用立方氮后，生成的唯一产物是氮气。
因此，如果要讨论环保和可持续性，立方氮无疑是首屈一指的。
谈到此处，似乎与题目中提到的将其作为第四代核武器的关系不大。
氮的研究需要继续深入，才能与之相符。
最终目标是金属氮，其能量密度仅为TNT的十分之一。
如果成功制成了金属氮，它作为核弹的原料，其杀伤力将远远超过原子弹的威力。
爆炸时产生的高温瞬间可达七千七百度，只需一瞬间就能摧毁一座城市。
此外，它还可以实现威力和方向的控制，甚至连产生的电磁脉冲都能摧毁敌方的通信指挥系统和电子系统。
可以从最小的一吨开始调整当量，这将进一步缩小核武器和常规武器之间的界限。
进一步思考这个问题，我们可以设想金属氮的体积可以被缩小到像子弹一样大小，从而实现核武器的小型化。
这种武器最可怕之处在于它的当量和体积都可以被精准控制。
爆炸结束后，不会像前三代核武器那样造成污染，周围的人员和环境不会受到任何影响。
它还有一个优点，通常核武器会使用原子弹作为引信，而全氮核弹则不需要，因为它可以被激光、强射线或磁压缩等多种方式引爆。
最后，我想指出，上文中提到的全氮阴离子炸药，如果使用二百吨进行引爆，其威力将超过战场首颗原子弹爆炸时的威力。
