原子弹的原理、破坏效应及其发展历史

人类历史上第一次核爆炸,“三位一体”核试验现场

原子弹也叫裂变炸弹(英文:Atomic bomb)，是一种利用核裂变原理制造的核武器。它是由美国首先开发的，具有很强的破坏力和杀伤力。当它爆炸时，会发出强烈的核辐射，危及生物组织。

原子弹原理

235铀原子核的裂变过程

原子弹爆炸的原理是，像铀和钚这样容易裂变的重核，在核裂变时会释放出巨大的能量。

铀-235和钚-239等重核通常在中子轰击后分裂成两个中等质量的核，同时释放2到3个中子和200兆电子伏特的能量。一些在裂变中释放的中子在裂变系统中丢失，而其他的继续经历重核裂变反应(继续轰击重核)。只要每次裂变释放的中子数平均超过一个(即中子增量系数大于1)，核裂变就可以继续。在一个接一个的反应之后，释放的中子总数呈指数增长，产生的能量也急剧增加。如果没有控制，裂变系统最终将成为一个遥远的核裂变连锁反应。

在这种重核裂变反应中，系统可以在很短的时间内释放大量的能量。当“下一代”中子数为2时，在不到1微秒内，1千克铀或钚中的2.5×1024个原子核将发生裂变反应，而在不到1微秒内，这一反应产生的能量相当于20，000吨梯恩梯当量(指核爆炸释放的能量相当于多少吨梯恩梯爆炸释放的能量)。这也是原子弹破坏力的来源。

然而，在原子弹的实际使用和爆炸中，爆炸威力需要提高。为了利用“快中子裂变系统”，需要使用高浓度的可裂变材料作为装料，装料必须远远超过临界质量，以便中子增量系数远远大于1。

原子弹的破坏力

原子弹的破坏力和破坏方式主要是光辐射、冲击波、早期核辐射、电磁脉冲和放射性污染。

1.光辐射

原子弹爆炸后，核爆炸过程会释放出强烈的辐射。在相当于20000吨梯恩梯的原子弹在空中爆炸后，距离爆炸核心7000米的人们将暴露在比阳光强13倍的光辐射下。在2800米内，光辐射会使人很快失明，皮肤会因光辐射而大面积烧伤和溃烂，一些物体也会烧伤。

2.冲击波

原子弹爆炸后，核爆炸会产生巨大的气流超压。在距离爆炸中心800米的地方，一颗3万吨当量的原子弹爆炸后，冲击波将以每秒200米的速度横扫一切。

3.早期核辐射

在原子弹爆炸后的最初几十秒钟内，核爆炸将释放中子通量和伽马射线。当一颗20，000吨当量的原子弹爆炸时，1100米范围内的人员将被辐射和中子通量杀死。

4.电磁脉冲

原子弹引起的核爆炸会产生电磁脉冲，电磁脉冲的电场强度可达10，000至100，000伏，可完全摧毁起爆点周围的所有电子设备。

5、放射性污染(放射性灰)

原子弹爆炸后，随着蘑菇云的飘散，大量的放射性尘埃会落到地面，造成人体辐射或皮肤灼伤，甚至死亡。

原子弹的历史

早在1938年底，纳粹德国科学家奥托·哈宁和弗里茨·斯特拉斯曼就发现了核裂变现象，这一发现也发表在科学杂志上。到1939年9月，科学界普遍同意制造原子弹的可能性，但是技术细节还不清楚。除了德国，法国，美国，苏联，英国和日本都是当时研究原子弹的国家。

1.轴心国

纳粹德国的一个实验反应堆

德国是应汉堡大学教授向德国军方提出的请求开发核武器的。1939年9月26日，德国军备计划局起草了一份铀计划，并开始在维尔纳发展核武器？海森堡领导着一个特殊的团体。然后，在1940年，德国占领了挪威，并建立了一个由法国管理的重水制造厂，生产大量重水来生产钚。它还研究了如何分离铀-235。1941年底，由于德国对苏联的进攻没有取得预期的结果，战争变成了长期战争，绝大多数资源被转移到急需的坦克和飞机上，并得出“原子弹不能在3年内投入实际使用”的结论。1942年，德国取消了它的研究项目。尽管研究小组继续工作并建造了几个小型实验核反应堆，但纳粹德国的核武器研究计划仍停留在理论阶段，没有系统的生产计划。尽管生产钚的挪威工厂后来被英国突击队摧毁，但它对德国的核武器发展没有决定性影响。

与此同时，日本也在计划其核武器发展计划。1941年5月，日本陆军大臣东条英机批准了空军科技署的“关于制造铀炸弹的报告”近100名科学家在西田义雄的带领下，开始实施“仁爱计划”此时，日本的核计划正面临阻力。由于中国缺乏用于研究的“铀”，主要研究机构之间缺乏合作，资源分散，进展缓慢。日本的核计划于1943年初终止，因为日本估计，即使是一个铀分离项目，也需要消耗全国10%的电力、半年的铜产量和10年的时间来完成必要的设施，这太昂贵了。然而，研究人员仍在继续工作。尽管纳粹德国派出潜艇向日本运送多达一吨的铀矿，但它在马六甲被美国船只击沉。从那以后，研究工作受到越来越频繁的盟军轰炸的阻碍。直到战争结束，日本的核武器发展还没有脱离理论阶段。

2.同盟国(曼哈顿计划)

由于纳粹德国在德国迫害犹太人，许多犹太科学家逃到美国避难。在这个过程中，许多人提醒美国当局，德国人正在制造一种“特殊武器”。

1939年，匈牙利科学家格拉德担心德国会生产核武器，并希望美国*首先发展核武器。但当他找到一些官员时，他们认为这只是一个寓言。最后，他必须找到爱因斯坦。

1939年8月2日，爱因斯坦和其他几位科学家写信给美国总统罗斯福，建议美国*必须在纳粹德国之前发展核武器。罗斯福对此并不重视，但负责转交信件的罗斯福的科学顾问亚历山大·萨克斯承担了说服罗斯福的责任。他举了一个著名的例子:拿破仑没有采纳富尔顿蒸汽船的建议，因此它没有建立一支强大的海军，最终输给了英国海军。罗斯福被萨克斯说服去发展核武器。

1939年10月19日，罗斯福正式签署了发展原子弹的文件。两天后，美国成立了代号为S-11的“原子武器研究委员会”。

1941年12月7日，日本轰炸了美国珍珠港，这使美国*更加决心加快实施他们的“核计划”1942年6月，美国原子弹开发计划正式开始。由于其总部位于纽约曼哈顿，该项目也被称为“曼哈顿计划”。同月，美国总统罗斯福和英国首相丘吉尔在华盛顿会晤。两国决定共同研制原子弹，即将英国最初的“合金管”计划融入“曼哈顿计划”。然而，一些逃到英国的法国科学家也在此时加入了原子弹研究。

3.新墨西哥州的蘑菇云(三一核试验)

1942年，洛斯阿拉莫斯实验室在新墨西哥州无尽的沙漠中建立。

1945年7月初，美国终于研制出三枚原子弹，他们立即准备开始实验。美国总统杜鲁门在得知原子弹试验后推迟了波茨坦会议，因为他希望在波茨坦会议期间核武器会爆炸，以提高美国的国际地位。

杜鲁门于7月15日抵达波茨坦。7月16日5: 29: 45，人类历史上第一颗原子弹在阿拉莫戈多沙漠爆炸。实验非常成功。

4.从广岛到长崎

蘑菇云从长崎爆炸中升起

1943年后，美国军队在太平洋战场上遭受重大损失。硫磺岛和冲绳的战斗造成了美军的重大伤亡。在计算了这些战争的伤亡率之后，美国军方需要牺牲100万名海军陆战队员的生命来占领日本。因此，在得知原子弹爆炸成功后，军方敦促日本人使用这种新武器。

然而，许多科学家开始反对美国使用原子弹。奥本海默认为日本的失败是不可避免的，没有必要使用原子弹。一些物理学家也联名写信敦促美国不要使用原子弹。

然而，美国坚持使用原子弹，不仅希望尽快解决太平洋战争，还希望削弱苏联对日作战的重要性。

1945年7月30日，美国、英国和苏联在波茨坦向日本发出最后通牒，威胁说如果日本不立即投降，“日本将很快被彻底摧毁”日本当天拒绝接受波茨坦公告。波茨坦公告后，杜鲁门在回家的路上向军方发布了一项命令:“扔下那个大炸弹。现在别无选择。”

1945年8月6日上午8点15分，艾诺拉盖号投掷了广岛战争中使用的第一颗原子弹(小男孩原子弹)，炸死了10多万广岛居民。

1945年8月9日，一架B-29轰炸机在长崎投下一枚脂肪原子弹，造成长崎近4万人直接死亡，14万人伤亡。

1945年8月15日，日本标准时间中午12点，裕仁天皇宣布日本投降，结束第二次世界大战。

5.1945年后

军事博物馆中国第一颗原子弹模型

当苏联得知美国已经成功研制出原子弹时，它立即启动了一项基于情报制造原子弹的应急计划，并于1949年测试了第一颗原子弹。提到曼哈顿计划，英国在1952年试验并引爆了自己的原子弹。1960年，法国成功测试了一枚原子弹。

在原子弹制造的早期，中国接受了苏联的少量援助。后来，在结束美国之行回国的邓稼先的领导下，中国于1964年引爆了自己的原子弹。印度在1974年引爆了自己的原子弹，而巴基斯坦也在1997年试验了自己的核武器。朝鲜在2006年和2009年进行了两次核试验。