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原子彈和氫彈同為利用原子反應能量爆炸殺傷的武器，統稱為核彈。但是兩者還是有很大的不同的。其中最主要的區別是，原子彈是依靠核裂變的方式，而氫彈則是核聚變，簡單的形容就是核彈靠鏈式反應放出的大量能量爆炸，而氫彈就是製造一顆短時的，不可控的太陽。
除了反應原理之外，他們所需的核原料也不同，原子彈利用的是重原子核的分裂，即為鈾235和鈈239。而氫彈使用的是被稱為重氫和超重氫的氘和氚這種輕原子核來進行聚變反應。所以直接看這是裂變彈還是巨聚變彈就能很快的看出兩者的不同。
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起爆方式也有區別，原子彈是將兩塊臨界濃度的核原料快速貼在一起來促使他們開始進行鏈式反應，所以目前主流有槍式和內爆式兩種起爆方法，前者是利用炸藥將一塊核原料棒插進另一塊核原料環，而後者是利用爆炸將核原料均勻的分部在一個球面上和球面上的核原料結合起爆。相對而言後者的能量利用率更好，但是需要精密的計算以達到兩者的完美貼合。而氫彈的反應條件是需要上萬的高溫高壓，氫彈的發明比原子彈早，但是這種反應條件讓科研人員無從下手。而後來的解決方法是：先引爆一顆原子彈，利用原子彈三四萬度的高溫來讓氫彈進行反應，所以這種引爆用的原子彈被稱為： “扳機”，而這種“原子彈-氫彈”引爆方式的氫彈也叫做兩相彈，此外還有“原子彈-氫彈-原子彈”方式的三相彈。
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不僅如此，兩者的殘留輻射也不同，原子彈殘留的核輻射非常猛烈，而氫彈的聚變反應能反應的更加完全，所以殘留的核輻射更加少，主要還是用作扳機的原子彈的輻射，相對清潔。大家都聽過蘇聯用核彈修水庫，核彈炸完之後蘇聯水利部長為了證明無汙染跳下去洗澡的故事，這裡面的核彈就是氫彈。另外原子彈的反應物利用率有問題，造成其當量受到限制，以當時的技術無法制造出50萬噸以上的原子彈。而氫彈則相反，因為其扳機為原子彈，所以當量有時候會比預料的大——比如美軍在太平洋實驗的“喝彩城堡”氫彈，其爆炸當量遠遠高於設計當量。目前世界上人類最大的爆炸物當屬前蘇聯製造的“大沙皇”氫彈，足足有5000萬噸當量，實驗爆炸之後的衝擊波環繞地區三週半，地球另一半的紐約有明顯震感；其emp效應造成全球無線電一小時的空窗期；爆炸造成地球地磁點永久移位，還造成亞歐大陸移動了六毫米，可謂是舉世無雙啊。
最後，因為以上種種因素，目前各國使用的常規核武器都是小型化的氫彈，而原子彈在軍事中一般就作為氫彈的扳機來使用。
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