天纵君（SKYLABS）在给青少年讲物理的时候，曾经也举过一些武器的例子，后来被“投诉”涉嫌教孩子们做危险“武器”。但话说回来，有哪个男孩子不迷武器了，如果可能我们自己小时也是想去亲自造一颗原子弹的：）。

这篇《原子弹制造指南》是来自公众号“回形针PaperClip ”的文章，我们仅做转发分享，在少数地方稍有修订。

今天，我们已经知道原子弹的基本原理是核裂变。

这是铀元素，确切的说是铀-235，它的原子核有 143 个中子和 92 个质子。

    当一个中子快速轰击铀-235 的原子核时，会分裂出另外两个元素——钡和氪，并释放 2-3 个中子，以及约 200 兆电子伏的能量。     

     更刺激的是，放出来的中子可以继续轰击其他铀-235，引发不断的核裂变，称为链式反应。

这个反应的威力有多大呢？一克完全裂变的铀-235 ，就相当于近 20 吨 TNT 炸药，足以炸倒半径 120 米内的建筑物。

不过，要想引发链式反应并不简单。首先，铀材料中通常含有杂质，比如铀-238 ，它和铀-235 有同样的质子数，但多了 3 个中子，属于同位素。但铀-238 只会散射或俘获中子，不容易裂变，无法继续下一轮反应。

所以要想造原子弹，铀-235 的纯度必须在 90% 以上。

其次，铀的原子核直径只占整个原子的两万六千分之一，周围都是空隙，核裂变放出的中子很容易错过其他原子核，直接飞到外面。

所以铀材料最好是球形，因为同等体积下，球形的表面积最小，泄漏的中子也最少。

铀材料的纯度、形状、密度等因素决定了临界质量，指的是铀材料刚好能维持链式反应的最低质量，需要非常复杂的计算。

根据美国的核武器研究基地——洛斯阿拉莫斯实验室这份 1969 年的解密文件，93.8% 纯度的球形铀-235 ，密度为 18.75g/cm³ 时，临界质量约为 52kg 。

有了这些理论知识，就可以开造了。

这两张解密图纸，是1945年，美国在日本投放的两颗原子弹：小男孩和胖子，分别代表了两种典型的原子弹结构。

其中，小男孩属于枪式，内部主要有这些部件，像一个枪膛。

启动时，尾部的电子雷管将引爆炸药包，膨胀的气体会推动一块空心的圆柱形铀块，嵌到头部的另一个圆柱形铀块，两块合体就能超过临界质量。

与此同时，空心铀块也将撞到实心铀块周围由钋、铍金属制成的弹丸球，这些弹丸球能释放大量中子，引发核裂变。

此外，铀块周围被厚厚的碳化钨包裹着，可以把泄露出来的中子再反射回铀块，加速链式反应，引发核爆炸。

然而，枪式结构有个缺陷，1945 年 8 月 6 日在广岛爆炸的“小男孩”装有 64kg 的铀-235，但 TNT 当量只有 1.5 万吨，利用率仅 1.2% 。

这是因为初始的反应能量会让大部分核材料迅速膨胀，密度下降，无法达到临界状态，还没反应完就被炸飞了。

而内爆式的“胖子”采用了层层包裹的结构，从外往里炸。    

启动时，电子雷管会同时引爆金属板下一共 32 个炸药包，冲击波将往里挤压一层球状推体，由容易变形的铝制成，最终不断挤压到中心的核材料——钚-239，一种比铀-235 更容易裂变的物质。

因为挤压，这块钚-239 的密度会迅速增大，达到临界状态。而里面包着的一颗钋、铍弹丸球就会放出中子，引发核裂变。外面还有一层铀-238 用于反射中子，加速链式反应，引发核爆。

内爆式结构可以让核材料更充分地反应。在“小男孩”爆炸后第三天，“胖子”就被扔到了长崎，只用了 6.1kg 的钚-239，TNT 当量就有 2.2 万吨，利用率提高到了 17% 。

内爆式原子弹虽然效果出众，但有一个技术难点，就是这套球面波起爆器。

先看外围的这层炸药包，这是雷管的位置，记为 O 点。当雷管点燃炸药，炸药的冲击波必然会先到达距离