原子弹的制造和爆炸原理基于核裂变链式反应，其核心是通过重原子核（铀-235或钚-239）分裂释放巨大能量。 一、爆炸原理 1. 核裂变反应 当一个中子轰击铀-235或钚-239的原子核时，原子核会分裂成两个较轻的碎片（钡和氪），同时释放： 大量能量（依据爱因斯坦质能方程 \(E=mc^2\)）； 2-3个新中子； 伽马射线等辐射。 2. 链式反应 释放的中子继续轰击其他裂变材料原子核，引发更多裂变。若条件合适（如足够纯度和质量），反应在微秒级内指数级增长，释放巨大能量。 3. 临界质量 维持链式反应所需的最小裂变材料质量。原子弹通过以下方式达到超临界状态： 枪式设计：将两块亚临界铀-235块高速结合（“小男孩”原子弹）； 内爆式设计：用常规炸药压缩钚-239球体，使其密度骤增达到超临界（如“胖子”原子弹）。 二、制造关键步骤 1. 材料提纯 铀-235：天然铀中仅0.7%为铀-235，需通过气体扩散或离心法浓缩至90%以上。 钚-239：在核反应堆中用中子辐照铀-238生成，再通过化学分离提取。 2. 起爆设计 枪式：简单但效率低，需大量铀-235（“小男孩”仅1.5%材料发生裂变）。 内爆式，更复杂但高效，使用炸药透镜精确压缩钚球（如“胖子”）。 3. 中子源 在超临界瞬间注入中子（钋-铍中子源）以触发链式反应。 4. 结构设计 反射层（铍或铀-238）包裹裂变核心，反射中子提高效率； 高精度计时系统确保爆炸同步。 三、能量释放 1. 爆炸当量 1公斤铀-235完全裂变释放能量≈1.5万吨TNT当量（实际利用率约10-20%）。 2. 破坏形式，冲击波（50%能量）、热辐射（35%）、电离辐射（15%）、放射性沾染。 四、与氢弹的区别 原子弹：仅依赖裂变，当量通常千吨至数十万吨级。 氢弹：用原子弹作为“扳机”引发聚变反应（氘氚融合），当量可达百万吨级以上。 材料提纯：铀浓缩或钚生产需庞大工业设施； 起爆精度：内爆式设计需微秒级同步； 核泄漏风险：临界事故可能导致提前反应（“恶魔核心”事件）。 原子弹的原理在1940年代由曼哈顿计划实现，其破坏力改变战争形态和国际政治格局。现代核武器多采用更高效的氢弹设计，但裂变仍是关键初段。
