相信每个男孩都想亲自造一颗原子弹，今天我们知道了原子弹的基本原理是核裂变。其中重要的是铀元素，确切的说是铀235，它的原子核有143个中子和92个质子组成。当一个中指快速撞击铀235的原子核时，会分裂出另外两个元素钡和氪，并释放两到三个中子以及约两百兆电子伏的能量。更为刺激的是放出来的中子又可以继续撞击其他的铀235，从而引发不断的核裂变，被称为链式反应。这个反应的威力有多大呢？一克完全裂变的铀235就相当于近20吨的TNT炸药，足可以炸毁半径120米内的建筑物。
不过想要引发链式反应并不简单，首先一大难点就是铀材料中通常含有杂质，比如铀238，他和铀235有同样的质子数，但是却多了三个中子属于同位素。铀238只会散射或俘获中子，不会裂变，所以无法进行下一轮的反应。所以想要造原子弹，铀235的纯度必须在90%以上。其次就是铀的原子核直径只占整个原子的两万六千分之一，周围都是空隙，核裂变放出的中子很容易错过其他的原子核直接飞到外面，所以由材料最好做成球形，因为同等体积下球形的表面积最小，泄露的中子也就最少。
铀材料的纯度，形状、密度等因素决定的临界质量（临界质量是指维持核子链式反应所需的裂变材料质量:刚好可以产生链式反应的组合称为已达临界点，比这样更多质量的组合核反应的组合会以指数增长称为超临界。如果组合比临界点小，裂变会随时间减少，称之为次临界。）临界质量需要非常复杂的计算，根据美国的核武器研究基地洛斯阿拉莫斯实验室1969年的解密文件，93.8%纯度的球形铀235，密度为18.75克每立方厘米时，临界质量约为52千克，当有了这些理论知识就可以开造了。
根据解密的小男孩和胖子的图纸:这是1945年美国在日本投放的两颗原子弹。分别代表了两种典型的原子弹结构，其中小男孩属于枪式，内部主要有如图一些部件:
启动时尾部的电子雷管将引爆炸药包膨胀的气体会推动一块空心的圆柱形铀块嵌入到头部的另一个圆柱形铀块，两块合体就能超过临界质量。与此同时空心铀块也将撞到实心铀块周围由钋铍金属制成的弹丸球，这些弹丸求能释放大量的中子引发核裂变。此外铀块周围被厚厚的碳化钨包裹着，可以把泄漏出来的中子再反射回铀块，加速链式反应从而引发核爆炸。
但是枪式结构有个缺陷:1945年8月6日在广岛爆炸的“小男孩”装有64公斤的铀235，但TNT当量只有1.5万吨，利用率仅为1.2%。这是因为初始的反应能量会让大部分铀材料迅速膨胀，密度下降无法达到临界状态，通俗的讲就是还没有来得及反应就被炸飞了。而采用内爆式的“胖子”采用了层层包裹的结构，反应为从外往里炸。启动时电子雷管会同时引爆金属板下一共32个炸药包，冲击波将往里挤压一成球状推体，这个推体由容易变形的铝制成，最终不断挤压到中心的核材料钚239，这是一种比油235更容易裂变的物质。因为挤压这块钚239的密度会迅速增大达到临界状态，而里面包着的一颗钋、铍弹丸球就会释放出中子引发核裂变，外面还有一层铀238用于反射中子，加速链式反应引发核爆炸。内爆式结构可以让和材料更充分的反应。在小男孩爆炸的第三天，胖子就被扔到了长崎，只用了6.1kg的钚239，气人气当量就有了2.2万吨，利用率提高到了17%。
但内爆式原子弹虽然效果出众，却有一个技术难点，就是这套球面波起爆器，如图所示，外围的这层炸药包。是雷管的位置，标记为O点，雷管点燃炸药，炸药的冲击波必然会先达到距离o点最近的c点，而距离最远的AB点则会最晚到达，这样就无法均匀的压缩里面的核材料难以充分的裂变，所以炸药包必须使用爆炸速度非常高和爆炸速度非常低的两种炸药按一定比例调配。让oC相比，oA oB含有更多的低爆炸速度炸药。炸的慢一点，这样一来就能死o点发出的冲击波，同时到达球面均匀的压缩内部结构。
当然原子弹的技术难点远不止这些，制造原子弹最难的莫过于是获取核原料。天然的铀矿非常稀有，而且矿石中99%都是铀238。所以就需要通过提纯来把铀235的纯度提高到93%，这才是可以用于武器级核武器的制造。目前常用的方法有离心法，气体扩散法和激光法，而气体离心分离机则是提炼浓缩铀最关键的设备。这是一套非常庞大的系统，它通过每秒两万转以上的高速离心机，将其他同位素从天然的铀矿石中分离出去，从而得到高纯度的铀235。
閱讀更多 平頭兔 的文章
