原子弹原理

原子弹是利用重核裂变瞬间释放出巨大能量，引起杀伤破坏的武器。原子弹里用于裂变的材料是铀或钚两种元素的同位素——铀-235或钚-239，它们的原子核在接受到一个中子后，就会分裂成大小、重量差不多的两个原子核，同时释放出约200MeV的能量。举例来说，铀裂变有时产生氪（36号元素）和钡（56号元素），反应方程式为：²³⁵U+n—→²³⁶U—→¹⁴⁰Ba+⁹³Kr+3n。这个能量差不多能使你肉眼能看到的最小的沙粒跳一下了。相比之下一个碳原子燃烧产生的能量只有4.1eV，仅是裂变能量的5千万分之一。

这只是一个原子裂变放出的能量，学过化学的人都知道，1摩尔铀-235里面有6.02×10²³个原子，也就是超过6千万亿亿个铀原子，总重235克。铀的比重和黄金差不多，所以1摩尔的铀也就和250克的金条差不多大，可以放在手心里。这些原子如果全部裂变的话，能量相当惊人，差不多相当于600吨煤完全燃烧所释放的能量。1kg的铀-235或钚-239完全裂变，释放出的能量大约等于2万吨烈性的TNT炸药爆炸的威力。

铀-235的原子核裂变时，还会放出中子，有时一个也没有，有时能达到6个，平均有2.5个。这就是说，一个中子引起的核裂变，会放出2.5个中子。而这些中子又会引起周围原子核的裂变，于是就会象雪崩一样引起一连串的原子核裂变，这个过程就叫链式反应。但是这些中子未必都会引起新的裂变，譬如由于原子核十分微小，所以中子不一定能接触到铀核，如果铀块不够大的话，有些中子就会飞出铀块，不能引起新的裂变。当然，铀块中的杂质也会吸收中子，使新的裂变不能进行。

能使裂变材料的链式反应能持续进行的最小的体积称之为临界体积，这时它的质量成为临界质量。临界质量和裂变材料的种类、纯度、密度以及几何形状密切相关，如果材料包裹以中子反射材料的话，还可以降低临界质量。据网上说一般球形纯铀-235的临界质量约为50kg，δ相钚-239则为15～16kg；而加装中子反射材料后，铀-235的临界质量只有15kg了，而δ相钚-239则只有10～11kg了。之所以材料加工成球形，是因为体积一定时，球形表面积最小，中子泄漏也就减少了。