原子弹裂变的原理

下面是一个简单原子弹裂变的原理的描述。氢弹利用核聚变，而且更为复杂。还有核聚变助推原子弹。

原子弹利用的事实是，一个中子撞击U235或Pu239的原子核，导致原子裂变，而裂变的原子释放出大量的能量和额外的中子（通常是2个或更多）。只要这些额外的中子撞击更多的原子，就会发生连锁反应，原子分裂的数量会呈指数增长。裂变事件的数量迅速地变得巨大，释放出大量的能量。

即使是像U235或Pu239这样的大原子的原子核，相对于原子所占的空间来说也是很小的，而且有可能中子会错过附近原子的原子核。如果他们找不到目标，就不会有连锁反应。关键是要有一个足够大的U235或Pu239块，这样裂变释放的中子就能在块中找到另一个目标，从而确保发生连锁反应。这个数量的物质被称为“临界质量”，基于球形排列（显然是最有效的排列方式）。也可以使用其他形状，但需要更多的质量来达到临界质量。炸弹设计实际上使用更多的质量来达到超临界质量，以确保更有力的反应。所需要的质量是基于一个中子与另一个原子核相互作用的概率，这个概率取决于燃料和燃料的配置。

炸弹设计的一个重要特点是尽可能快地组装临界质量。显然，质量必须事先分开（下面讨论一个重要的例外）。当U235或Pu239的块状物靠近时，它们开始反应，尽管还不是决定性的。它们可以释放出足够的能量，在达到临界质量之前摧毁炸弹，除非以极快的速度达到临界质量。一旦达到临界质量，就会有一个引发剂，确保在正确的时间提供充足的中子来启动反应。

整个反应以令人难以置信的速度进行——在纳秒内。在一微秒内，可能发生了80到100代的连锁反应，释放出数千吨的爆炸威力。能量的爆发迅速地分解了临界质量，裂变停止，但在那微秒内，相当比例的U235或Pu239发生了裂变（10%到20%）。大部分燃料不是裂变的。

最初的炸弹设计很粗糙。为了装配临界质量，一个亚临界质量被发射到一个火炮管对第二个亚临界目标。当它们撞击时，产生了足够的临界质量，尽管不是更有效的球形排列。广岛原子弹使用了这种方法，只裂变了1%的铀235燃料。设计中使用了140磅U235。

该炮的设计不能用于Pu239。内爆炸弹是一种解决方案。内爆采用球形聚能装药，产生向内的球形激波。核心是一个固态的亚临界钚球体。爆炸冲击波使其大大压缩，使其质量达到超临界状态。压缩迫使原子靠得更近，增加了中子撞击附近钚核的可能性，这使得用更少的钚就能达到临界质量。三位一体和长崎炸弹就使用了这种方法。长崎核弹只需要14磅的Pu239。

原子弹裂变的原理：现代的原子弹使用更复杂的爆炸透镜来产生内爆，并采用更有效的空心球体设计作为核心。很多核试验都是为了改进设计以提高成品率。