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原子弹和氢弹是世界上杀伤力最强的武器，只要当量足够，就可以把一座城市瞬间夷为平地。

Tips：原子弹Atomicbomb是核武器之一，是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及造成大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。

世界上唯一遭受过原子弹攻击的国家日本曾切身体会过原子弹的恐怖威力。仅仅一颗原子弹“小男孩”，就导致广岛被毁，七万多人在爆炸中当场死亡。甚至在原子弹爆炸的方圆米的范围内，直接暴露在原子弹爆炸辐射下的人直接气化，只留下了投射在地面上的原子阴影。

Tips：广岛长崎仍然能够居住，主要有三点原因。第一：两颗原子弹在落地前就已经爆炸，大量核辐射都处在了大气平流层。第二：两颗原子弹所产生的放射性物质很少。第三：广岛、长崎临海，海洋会带走一部分原子弹产生的污染物，并将其净化。

为什么原子弹和氢弹的爆炸威力如此巨大？这就要从核武器的原理开始讲起了。

可怕的裂变反应

年，德国科学家奥托哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，如果用一个中子轰击铀原子核时，铀原子就会分裂成两个较轻的原子核，并且释放出大量能量和三个新的中子。于是他们敏锐地觉察到，如果铀原子的数量足够多，排布足够多，这个反应就会一直持续下去，直到把所有的铀原子消耗殆尽。于是，他们把这个现象，称作链式反应，这是所有原子弹得以成立的的基础。

Tips：一般地，链式反应指核物理中，核反应产物之一又引起同类核反应继续发生、并逐代延续进行下去的过程。

不过在当时，人们还并没有意识到链式反应的可怕。原因有两个，一是科学家不知道究竟需要多少铀原子才能完成链式反应。二是链式反应到底能释放多大能量，学者也并不清楚，只知道释放的能量比传统的火药燃烧大得多得多。

其实早在奥托哈恩发现链式反应之前，爱因斯坦早就已经用相对论推算出了著名的质能方程式，能量e等于质量m乘以光速c的平方。

Tips：阿尔伯特·爱因斯坦，现代物理学家。爱因斯坦的理论为核能的开发奠定了理论基础，开创了现代科学技术新纪元，被公认为是继伽利略、牛顿之后最伟大的物理学家。

当原子发生裂变之后，之所以会释放出大量能量，就是因为它在分裂时出现了质量损耗，分裂而成的两个较轻的原子，加起来的重量要比原本的铀原子轻上一点。这些损失的质量，就是被转化成能量的光和热。因此，学者结合爱因斯坦的质能方程式，终于明白了裂变反应的可怕。

如果一千克的铀-全部裂变，那么产生的能量相当于万吨煤完全燃烧产生的热量，足够一座发电量为20兆瓦的发电站工作一千小时。哪怕换算成TNT炸药依旧可怕，2万吨烈性炸药完全爆炸才能抵得上一千克铀的裂变反应。

如此高的转化效率，让原子弹的制造计划被摆上了桌面。此时此刻只剩下一个问题：需要多少铀，才能确保链式反应持续下去呢？

能保证裂变反应维持下来的材料质量，被我们叫做临界质量。他有几个因素控制。第一是铀-的质量。原子之间存在间隙，再加上原子核本来就很小，所以释放中子很有可能穿过这些缝隙而不击中任何一个原子核，导致裂变反应停止。但如果铀堆的足够多，就能保证中子总能击中原子核维持裂变反应。根据推算，只要把48千克的铀-堆在一起，它们自己就可以产生裂变反应发生爆炸。

Tips：铀是铀Uranium元素里中子数为的放射性同位素，是自然界至今唯一能够发生可控裂变的同位素，主要用做核反应中的核燃料，也是制造核武器的主要原料之一。

但是想要造出48公斤的浓缩铀谈何容易？美国当初为了制造原子弹而启动了曼哈顿计划，消耗足足一年的国民生产总值，动用了8.2万人，三年时间才生产出了20千克的铀-，把这些人力物力投入到物质生产中，足够造出4万辆坦克。所以必须要想办法降低临界质量，才能让原子弹的制作成为可能。

方法有两个。一是压缩浓缩铀，让铀原子之间的间距减少。这个可以通过爆炸来完成浓缩铀的压缩。二是在铀的周围裹上一层铅，让逃出来的中子反弹回去，增加原子核被击中的概率。由此，原子弹的浓缩铀的用量，就可以减少到15公斤左右。

Tips：美国陆军部于年6月开始实施利用核裂变反应来研制原子弹的计划，亦称曼哈顿计划。年7月16日成功地进行了世界上第一次核爆炸，并制造出两颗实用的原子弹。

不过，知道了浓缩铀的用量，原子弹的设计也只是完成了一半，怎么让原子弹引爆，并且里面的铀不会自行反应也是一项难题。这并不是危言耸听，美国的曼哈顿计划中，一些核物质差点就因为操作不慎导致核爆炸。

年5月21日，加拿大物理学家斯罗廷，为了试验测定铀和钚的临界质量用了一个非常大胆的方法。他用两个半球形的铍包裹住钚核心，用来当做反射中子的外壳。上下两个半球用螺丝刀撬开，防止闭合发生链式反应。然后往里面加铀看看用量到底应该是多少。结果在操作中，螺丝刀不慎滑落，两个半球闭合在了一起，瞬间发出耀眼的蓝光，差点导致直接发生链式反应了。

Tips：斯罗廷，加拿大物理科学家，在一次实验中用自己的双手把原子弹掰开了，让链式反应停止。他也成了世界上唯一一个徒手撕开原子弹的人。但大量的核辐射让他在9天后不治身亡。

所以如果涉及原子弹，既可以说炸就炸，又能安全存放，也是原子弹设计的难点之一。为此，美国在当时设计出了两种原子弹结构，分别应用在了原子弹“胖子”和“小男孩”身上。

胖子和小男孩结构原理

原子弹小男孩的结构被称为枪式原子弹，由两个分开的浓缩铀半球，中子发射源和引爆炸药组成。激发的原理和发射子弹很像。首先，用引信点燃炸药，炸药爆炸后产生的推力让一个铀半球向另一个铀半球冲去，同时原子弹内的中子源工作，引发裂变反应。这种结构的原子弹浪费很大，再加上当时浓缩铀纯度不够，所以小男孩用了64千克的铀才制造完成。

Tips：“小男孩LittleBoy”是人类历史上首次使用的原子弹。另一枚人类使用的原子弹为投掷在长崎的“胖子”。

结果小男孩爆炸之后，只有1千克的铀完全反应，释放出了约2万吨TNT炸弹的爆炸当量。之所以会产生这么大的浪费，是因为两个铀半球在完全闭合之前就已经发生了裂变反应。当爆炸发生时，很多铀还没来得及裂变，就已经被炸飞了。相比之下，原子弹胖子的设计就要先进许多。

胖子采用内爆式结构，采用钚作为核燃料。这种原子弹会把核物质分成许多个小份，外围完全由炸药包裹。引爆时，外围的炸药同时爆炸，把分开的核燃料推向中心，达到临界质量。中心的中子源会在压力达到最大时发射中子，激发核物质产生裂变反应。因为内爆式原子弹产生的压力更大，所以相较之下核燃料的用量偏少，更加划算。成为了最常用的原子弹形式。

Tips：钚是一种放射性元素，原子序数为94，元素符号Pu，是原子能工业的一种重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变剂。投于长崎市的原子弹，使用了钚制作内核部分。

不过，无论是枪式原子弹还是内爆式原子弹都有一个缺陷，便是爆炸当量都有极限。因为链式反应需要一定时间，如果在爆炸时没有全部反应，就会产生浪费。所以哪怕核燃料堆得再多，原子弹的威力也不会增加。历史上原子弹当量最大的是美国的“常青藤之王”，它在年于马绍尔群岛埃内韦塔克环礁引爆，相当于50万吨TNT炸药爆炸，也算是原子弹当量的极限了。

而氢弹的爆炸威力，理论上可以无限叠加，这是因为它的爆炸原理并不是核裂变，而是核聚变。

Tips：核聚变nuclearfusion，又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。

氢弹原理

核聚变跟核裂变的原理截然相反，它使用氢原子的同位素氘。当氘原子处于高温高压下时，就会相互聚合，变成氦原子核，并且释放大量能量。太阳就是在这样的原理下燃烧了数十亿年。不过想要让氘产生聚变，需要的高温高压，除了恒星内部可以达到之外，只有原子弹爆炸才能产生。

所以氢弹就相当于是用原子弹激发的热核武器，而原子弹激发又需要烈性炸药。所以氢弹的结构总共分为三层。最外层是激发原子弹链式反应的原子弹，中间是核原料，而中心是高浓度的氘。所以氢弹又被叫做三相弹。理论上，只要氘的用量越多，爆炸当量也就越高。

世界上最强的氢弹

历史上，苏联曾经造出过爆炸当量为1亿吨的氢弹，但是害怕威力太大，所以最终拆解了这枚氢弹。真正试爆过的最大氢弹是苏联制造的沙皇炸弹，爆炸当量约为万吨，是“小男孩”原子弹的倍，“胖子”原子弹的2倍，也相当于二战之中所有炸弹总量的十倍。

它于年10月30日在新地岛试爆成功，它是人类已知的爆炸事件中，规模排名第二的爆炸。排名第一的是万年前小行星撞击地球导致的大灭绝事件。仅从苏联公布的资料中，就可以感受到它无与伦比的破坏力。

Tips：AN，别称“沙皇炸弹”（俄语：Царь-бомба），是冷战期间苏联所制造的氢弹，总共制造两枚，其中一枚于年10月30日在新地岛试爆，另一枚作为研究与备用。

沙皇炸弹是是在米的高空被投下，并且使用降落伞减速，好让轰炸机可以逃出爆炸范围，按照当时的预计，轰炸机至少要飞离50公里远，才能幸免于难，这已经接近了轰炸机飞行速度的极限。所以当时苏联预计轰炸机组人员存活的概率只有50%。结果，沙皇炸弹在距离地面米的空中爆炸，当时负责投弹的图95轰炸机在秒内才飞出了45公里。于是被后来巨大的气浪追上，差点导致机毁人亡。

爆炸产生的火球半径达到了米，比爆炸高度还高，在将近公里的范围内都可以看到这颗巨大的火球。而爆炸形成的蕈状云更加夸张，宽度将近40公里，高度达到了64公里，相当于珠穆朗玛峰7倍多。

Tips：蘑菇云又名蕈状云，指的是由于爆炸而产生的强大的爆炸云，形状类似于蘑菇，上头大，下面小，由此而得名。

爆炸导致的冲击波传遍整个地球，连美国都感受到了明显的震感。大气中形成的扰动绕了地球三圈才平息下来。据说，就连距爆炸点55公里外的房屋都因为爆炸的余波出现损毁。而核聚变产生的电子干扰，导致当地一个小时内的无线电通讯完全中断。事后根据统计，沙皇炸弹在米高空爆炸之后的有效杀伤范围大概是55公里，面积大约平方公里左右。世界上任何一个城市都会在沙皇炸弹的攻击下完全化为废墟，并且导致90%以上的人口直接死亡。

Tips：无线电通信radio