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　　今天，我們已經知道基本原理是核裂變。

　　這是鈾元素，確切的說是鈾-235，它的原子核有 143 個中子和 92 個質子。

　　

　　當一個中子快速轟擊鈾-235 的原子核時，會分裂出另外兩個元素——鋇和氪，并釋放 2-3 個中子，以及約 200 兆電子伏的能量。

　　

　　更刺激的是，放出來的中子可以繼續轟擊其他鈾-235，引發不斷的核裂變，稱為鏈式反應。

　　

　　這個反應的威力有多大呢？

　　一克完全裂變的鈾-235 ，就相當于近 20 噸 TNT 炸藥，足以炸倒半徑 120 米內的建筑物。

　　不過，要想引發鏈式反應并不簡單。

　　首先，鈾材料中通常含有雜質，比如鈾-238 ，它和鈾-235 有同樣的質子數，但多了 3 個中子，屬于同位素。但鈾-238 只會散射或俘獲中子，不容易裂變，無法繼續下一輪反應。

　　

　　所以鈾-235 的純度必須在 90% 以上。

　　

　　其次，鈾的原子核直徑只占整個原子的兩萬六千分之一，周圍都是空隙，核裂變放出的中子很容易錯過其他原子核，直接飛到外面。

　　

　　所以鈾材料最好是球形，因為同等體積下，球形的表面積最小，泄漏的中子也最少。

　　鈾材料的純度、形狀、密度等因素決定了臨界質量，指的是鈾材料剛好能維持鏈式反應的最低質量，需要非常復雜的計算。

　　根據美國的核武器研究基地——洛斯阿拉莫斯實驗室這份 1969 年的解密文件，93.8% 純度的球形鈾-235 ，密度為 18.75g/cm 時，臨界質量約為 52kg 。

　　

　　有了這些理論知識，就可以開造了。

　　這兩張解密圖紙，是 1945 年，美國在日本投放的兩顆：小男孩和胖子，分別代表了兩種典型的結構。

　　啟動時，尾部的電子引信將引爆炸藥包，膨脹的氣體會推動一塊空心的圓柱形鈾塊，嵌到頭部的另一個圓柱形鈾塊，兩塊合體就能超過臨界質量。

　　

　

與此同時，空心鈾塊也將撞到實心鈾塊周圍由釙、鈹金屬制成的彈丸球，這些彈丸球能釋放大量中子，引發核裂變。

　　此外，鈾塊周圍被厚厚的碳化鎢包裹著，可以把泄露出來的中子再反射回鈾塊，加速鏈式反應，引發核爆炸。

然而，結構有個缺陷，1945 年 8 月 6 日在廣島爆炸的“小男孩”裝有 64kg 的鈾-235，但 TNT 當量只有 1.5 萬噸，利用率僅 1.2% 。

　　

　　這是因為初始的反應能量會讓大部分核材料迅速膨脹，密度下降，無法達到臨界狀態，還沒反應完就被炸飛了。

　　而內爆式的“胖子”采用了層層包裹的結構，從外往里炸。

　　

　　啟動時，電子引信會同時引爆金屬板下一共 32 個炸藥包，沖擊波將往里擠壓一層球狀推體，由容易變形的鋁制成，最終不斷擠壓到中心的核材料——钚-239，一種比鈾-235 更容易裂變的物質。

　　

　　因為擠壓，這塊钚-239 的密度會迅速增大，達到臨界狀態。而里面包著的一顆釙、鈹彈丸球就會放出中子，引發核裂變。外面還有一層鈾-238 用于反射中子，加速鏈式反應，引發核爆。

　　

　　內爆式結構可以讓核材料更充分地反應。在“小男孩”爆炸后第三天，“胖子”就被扔到了長崎，只用了 6.1kg 的钚-239，TNT 當量就有 2.2 萬噸，利用率提高到了 17% 。

　　

　　內爆式雖然效果出眾，但有一個技術難點，就是這套球面波發生器。

　　先看外圍的這層炸藥包，這是引信的位置，記為 O 點。當引信點燃炸藥，炸藥的沖擊波必然會先到達距離 O 最近的 C 點，而距離最遠的 A、B 點則會最晚到達。

　　

　　這樣就無法均勻地壓縮里面的核材料，難以充分裂變。

　　所以，炸藥包必須使用爆炸速度高和爆炸速度低的兩種藥按一定比例調配。讓 OC 相比 OA、OB 含有更多的低爆藥，慢一點。這樣一來，就能使 O 點發出的沖擊波同時到達球面，均勻地壓縮內部結構。

　　

　　不過，制造最難的其實是獲取核材料。

　　天然的鈾礦非常稀有，而且礦石中 99% 都是鈾-238 ，鈾-235 僅占 0.7% 。

http://dy.163.com/v2/article/detail/EB62IIUG0526DQM7.html