原子弹到底有多大威力（一分钟带你弄懂原子弹威力为什么那么大）

刚刚过去的10月31日是钱学森先生去世10周年纪念日，他是我国航天事业奠基人，"两弹一星"元勋；美国人说他抵5个师，甚至宁愿枪毙也不让回国。在这里让我们永远缅怀伟大的先驱。

今天我们就来说说原子弹，说说原子弹何以有这么大的威力。这里主要有几个要点：

1.质能方程

爱因斯坦在1905年提出了一个著名的方程——质能方程。也就是:

E=mc²，

E表示能量，m代表静质量，而c则表示光速（常量，c=299792458m/s）。

也就是说10KG的煤，它含有的能量是：

E=mc²=10*299792458^2=8.98*10^17J。

这些能量是什么概念呢？它相当于5千万吨煤完全燃烧所释放的能量。看到这里大家可能要糊涂了，明明有这么多能量，可是燃烧只能放出这么一点能量，啥意思呢？这里就要提到质能方程的定义了，这里的质量M指的是原子核级别的质量变化，也就是说只有物质的原子核的质量发生了变化，才能有如此大的能量释放出来。但是一般的化学变化，都是在分子层面进行，所以，都无法释放如此巨大的能量。

2.核裂变反应

那怎样才能将如此巨大的能量完全释放出来呢？科学家发现，U235在被中子轰击后，会发生分裂，变成2-3块小的U235和2-3个中子，新产生的中子会继续轰击U235块，如此循环下去。这就是裂变反应。那么为什么裂变就能释放能量呢？

这是因为在裂变过程中会发生质量的变化，也就是质量亏损。简单地讲，科学家通过实验发现，原子核质量总是小于构成该原子核的核子的质量和。众所周知的alpha粒子（氦核），由两个中子，两个质子构成。有：其中n是中子neutron，p是质子Proton。忽略电子结合能后（因为电子结合能非常小，通常忽略），质量差

就叫做“质量亏损”。

这部分亏损的能量上哪去了？变成能量释放出去了，能量的大小就可以根据质能方程计算出来。一公斤U235释放的能量约相当于2700吨煤完全燃烧释放的能量，所以原子弹释放的能量是非常巨大的。

现在的核电站就是根据核裂变反应制作的，所以只需要很少的核燃料就可以维持电站的长时间运行，给我们带来清洁的电能。

3.临界体积

临界体积是个什么鬼？临界体积就是维持裂变链式反应所需的核材料的最小体积。那为什么会有临界体积的问题？这是因为原子核的体积非常小，原子内部空隙很大，如果体积不够大，中子在铀块中通过时就会碰不到铀核跑到外边，反应无法继续，只有铀块足够大，裂变的中子才有足够的概率打中铀核，使反应继续下去，所以必须有足够的体积才可以。

裂变材料的临界质量并不是固定不变的，而是会随着核裂变材料性质、几何形状以及密度的改变而改变。当某种裂变材料的实际质量低于临界质量，那么该裂变材料处于次临界状态；同理，当其实际质量高于甚至数倍于临界质量，那么该裂变材料则处于超临界质量。因此，通过改变核材料的几何形状及密度，我们就能够在核材料实际质量不变的前提下改变其临界质量的大小，继而改变“裂变材料质量与其临界质量”间的比值，从而实现裂变材料从次临界状态到超临界状态的跨越。

4.如何引爆

原子弹怎么爆炸呢？应该不会点个火就爆炸了吧？当然不会。

原子弹必须要能在想让他爆炸的时候才爆炸，其他时候必须能够安全存放。换句话说，平时要在临界体积一下，需要爆炸的时候才达到临界体积。根据原子弹的引发机制的不同，原子弹可分为“枪式”和“收聚式（内爆式）”两种。

枪式是把两块亚临界体积的浓缩核裂变材料,引爆炸药让其中一块撞击另一块,使两块亚临界体积的核裂变材料合在一起,变成一块超临界体积,使之引爆，下图中的a即是枪式核弹的示意图。内爆式，下图中的b，就是把核裂变材料均匀地散布在一个球面上,引爆时让它们向中心内聚成一块超临界体积的核裂变材料,使之引爆。以钚239为主要装药，其中钚239做成圆环状，分别放置在一个中子源（一般是铍/钋弹丸）的四周，起爆时先引爆烈性炸药把数个部分同时推进到中子源处，核装药达到临界质量，临界温度，加上中子源照射，就起爆。内爆式原子弹技术比较复杂，但是其对装药的利用效率比枪式高很多，对核弹的小型化有很大的促进。

下面这个视频有动画介绍，可以再观看一下，应该能有更深入的了解。

看到这里好像原子弹没什么难度，那为什么还有那么多国家造不出来呢？原子弹理论虽然大家都懂，但是真正要做出来确绝非易事。首先就是如何制造出足够量的高纯度核原料。中国第一个原子弹制造的时候据说铀只够一颗的的用量，如果加工失误，整个原子弹的开发就要大幅的退后。

任何事物都有两面性，核裂变反应也不例外。核裂变反应能量巨大，可以用来做核弹，也可以用来做核电站发电，也可以用来做船舶的核动力装置。希望在未来我们都能将核能和平利用，帮助人类发展，而不是用于战争。