结构原理

能量威力

煤、 石油等矿物燃料燃烧时释放的能量 ，来自 碳、 氢、 氧的 化合反应。 一般化学炸药如梯恩梯（ TNT）爆炸时释放的能量，来自化合物的分解反应。在这些 化学反应里，碳、氢、氧、氮等原子核都没有变化，只是各个原子之间的组合状态有了变化。 核反应与化学反应则不一样。在核裂变或 核聚变反应里，参与反应的原子核都转变成其他原子核，原子也发生了变化。人们习惯上称这类武器为原子武器。但实质上是原子核的反应与转变，所以称核武器更为确切。

原子弹

核武器爆炸时释放的能量，比只装化学 炸药的 常规武器要大得多。例如，1千克铀全部裂变释放的能量约8×10 13焦耳，比1千克梯恩梯炸药爆炸释放的能量4.19×10 6焦耳约大2000万倍。核武器爆炸释放的总能量，即其威力的大小，常用释放相同能量的梯恩梯炸药量来表示，称为梯恩梯当量。美、苏等国装备的各种核武器的梯恩梯当量，小的仅1000吨，甚至更低；大的达1000万吨，甚至更高2。

原子弹爆炸

 核武器爆炸，不仅释放的能量巨大，而且核反应过程非常迅速， 微秒级的时间内即可完成。因此，在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度，加热并压缩周围空气使之急速膨胀，产生高压 冲击波。地面和空中核爆炸，还会在周围空气中形成火球，发出很强的 光辐射。核反应还产生各种射线和 放射性物质碎片；向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用，造成电流的增长和消失过程，其结果又产生电磁脉冲。这些不同于化学炸药爆炸的特征，使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、 早期核辐射、 放射性沾染和 核电磁脉冲等杀伤破坏作用。核武器的出现，对 现代战争的战略战术产生了重大影响。

原子弹

原子弹主要是利用 核裂变释放出来的巨大能量来起杀伤作用的一种武器。它与 核反应堆一样，依据的同样是核裂变链式反应。按理，反应堆既然能实现链式反应，那么只要使它的 中子增殖系数k大于1，不加控制，链式反应的规模将越来越大，则最终会发生爆炸。也就是说，反应堆也可以成为一颗“原子弹”。实际上也是这样，若增殖系数k大于1而不加控制的话，反应堆确实会发生爆炸，所谓 反应堆超临界事故就是属于这样一种情况。反应堆重达几百吨、几千吨，无法作为武器使用。而且在这种情况下，裂变物质的利用率很低，爆炸威力也不大。要制造原子弹，首先要减小 临界质量，同时要提高爆炸威力。这就要求原子弹必须利用快中子裂变体系，装药必须是高浓度的裂变物质，同时要求装药量大大超过临界质量，以使增殖系数k远远大于1。

原子弹的装药，能大量得到、并可以用作原子弹装药的还只限于铀235、钚239和铀233三种裂变物质。 铀235是原子弹的主要装药。要获得高加浓度的铀235并不是一件轻而易举的事，这是因为，天然铀235的含量很小，大约140个铀原子中只含有1个铀235原子，而其余139个都是铀238 原子；尤其是铀235和铀238是同一种元素的 同位素，它们的化学性质几乎没有差别，而且它们之间的 相对质量差也很小。用普通的化学方法无法将它们分离；采用分离轻元素同位素的方法也无济于事。

铀浓缩方法

为了获得高加浓度的 铀235，早期， 科学家们曾用多种方法来攻此难关。 最后“ 气体扩散法”终于获得了成功。铀235原子约比铀238原子轻1.3%，如果让这两种原子处于气体状态，铀235原子就会比铀238原子运动得稍快一点，这两种原子就可稍稍得到分离。气体扩散法所依据的，就是铀235原子和铀238原子之间这一微小的质量差异。这种方法首先要求将铀转变为气体化合物。六氟化铀是唯一合适的一种气体化合物。这种化合物在常温常压下是固体，但很容易挥发，在56.4℃即升华成气体。铀235的六氟化铀分子与铀238的六氟化铀分子相比，两者质量相差不到百分之一，但事实证明，这个差异已足以使它们分离了。

原子弹

六氟化铀气体在加压下被迫通过一个多孔隔膜。含有铀235的分子通过多孔隔膜稍快一点，所以每通过一个多孔隔膜，铀235的含量就会稍增加一点，但是增加的程度是十分微小的。要获得几乎纯的铀235，就需要让六氟化铀气体数千次地通过多孔隔膜。

气体扩散法投资很高，耗电量很大，但这种方法仍是实现工业应用的唯一方法。为了寻找更好的 铀同位素分离方法，许多国家做了大量的研究工作，已取得了一定的成绩。例如离心法已向工业生产过渡， 喷嘴法等已处于中间工厂试验阶段，而新兴的冠醚化学分离法和 激光分离法等则更有吸引力。可以相信，今后一定会有更多更好的分离 铀同位素的方法付诸实用， 气体扩散法的垄断地位必将结束。

原子弹的另一种重要装药是钚239。钚239是通过反应堆生产的。 在反应堆内，铀238吸收一个中子，不发生裂变而变成铀239，铀239衰变成 镎239， 镎239衰变成钚239。由于钚与铀是不同的元素，因此虽然只有很少一部分铀转变成了钚，但钚与铀之间的分离，比起铀同位素间的分离来却要容易得多，因而可以比较方便地用化学方法提取纯 钚。

铀233也是原子弹的一种装药，它是通过钍232在反应堆内经中子轰击，生成钍233，再相继经两次 β衰变而制得。

从上面可以看到，后两种装药是通过反应堆生产的。它们是依靠铀235裂变时放出的中子生成的，也就是说，它们的生成是以消耗铀235为代价的，丝毫也离不开铀235。从这个意义上来说，完全可以把铀235称作“核火种”，因为没有铀235就没有反应堆，就没有原子弹，就没有大规模的 原子能利用。

有了核装药，只要使它们的体积或质量超过一定的临界值，就可以实现原子弹爆炸了。只是这里还有一个原子弹的引发问题，也就是如何做到：不需要它爆炸时，它就不爆炸；需要它爆炸时，它就能立即爆炸。这可以通过临界质量或临界尺寸的控制来实现。从原理上讲，最简单的原子弹采用的是所谓枪式结构。两块均小于临界质量的铀块，相隔一定的距离，不会引起爆炸，当它们合在一起时，就大于临界质量，立刻发生爆炸。但是若将它们慢慢地合在一起，那么链式反应刚开始不久，所产生的能量就足以将它们本身吹散，而使链式反应停息，原子弹的爆炸威力和核装药的利用率就很小，这与 反应堆超临界事故爆炸时的情况有些相似。因此关键问题是要使它们能够极迅速地合在一起。