Question

原子弹的原理

Answer 1

原子弹能够产生多大的能量？原子弹的原理是什么？原子弹的另一个名称是裂变弹，和聚变弹（氢弹）一起统称为核武器！尽管核武器将两者统一在了一起，但裂变弹的原理和聚变弹是完全不一样的，甚至完全相反，但事实上两者却还得携手合作完成终极能量爆发过程！

一、裂变弹的原理

顾名思义，裂变弹就是利用重元素的裂变释放能量的一种武器，一般利用的裂变材料有铀235或者钚239！其原理（以铀235为例）是热中子在撞击铀235原子核以后分裂成钡144和氪89，并释放出0.86 MeV的能量，另外还将释放出2-3个中子！

而释放出的2-3个中子又将撞击其他铀原子核，这些有原子核将继续分裂并释放出更多的中子，如此循环形成链式反应！那为什么会裂变呢？是不是其他元素在遭受热中子撞击后也会裂变？要了解这个过程我们必须来了解下原子核，原子核是由质子和中子组成的，如下图：

1.为什么会裂变

质子数的区别决定了元素的种类，而中子数则决定元素的同位素！从1号氢元素开始到118号人造元素og为止，每一个质子数都代表一种元素，比较容易实现聚变的氢元素开始到铁元素为止，原子核之间的结合能是增加的，元素逐渐稳定，当过了铁元素之后的重元素，原子核的不稳定性逐渐增加，因为组成原子的质子和中子之间是有四种作用力中最强的强作用力聚合在一起的，但它的作用距离有限，在更多的质子聚合在一起的时候将会受到质子之间电磁斥力（质子带正电），质子越多则越不稳定，一直到能够衰变的放射性元素！比如118号元素，存在时间只有0.9毫秒即衰变成116号元素，随后则衰变成114号元素，再是112号元素，最后是56号元素钡！

2.临界质量

了解了为什么会裂变之后，我们必须要了解一个临界质量的概念！对于中子来说，原子核之内的空间犹如一个高尔夫球面对整个体育场，因此要让热中子在创出这块裂变材料之前尽可能撞到别的原子核，那么需要足够大的质量！而这个质量就是核材料的临界质量！

钚—239的临界质量为5千克；

铀—235的临界质量为15千克；

请注意，以上临界质量需要铀—238作为中子反射材料！

即使如此，在原子弹内的核材料被炸散之前参与裂变的比例仍然很低，比如广岛原子弹的核装药大约是64千克铀235，但只有不到1千克的核材料参与了裂变，最终产生的质量亏损约1克不到，但其释放的能量约相当于2万吨TNT，当然有兴趣的各位也可以根据质量亏损约0.0945%以及爱因斯坦的质能公式计算下具体的当量！