[科普中国]-世界上首枚实战型原子弹，在爆炸前的40秒发生了什么？

出品：科普中国

作者：彭脆脆

策划：武玥彤

监制：光明网科普事业部

准备挂载到B-29轰炸机弹舱内的“小男孩”

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1945年8月6日上午8时15分17秒，美国陆军航空兵第509混合大队指挥官保罗•蒂贝茨上校，驾驶代号“伊诺拉•盖伊”的B-29型轰炸机，在日本广岛上空9400米的高度，投下了人类历史上第一枚用于实战的原子弹——“小男孩”。

经过44.4秒的平抛运动后，这枚原子弹在广岛市中心的医院上空，约580米的高度爆炸。

图注：准备挂载到B-29轰炸机弹舱内的“小男孩”

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关于此次核攻击的一些情况，例如原子弹“小男孩”的爆炸威力、对广岛市区的毁伤和人员伤亡等方面，有很多同好都写过，笔者就不在此过多赘述。

本篇文章，就来聊聊一个较为冷门的内容，原子弹“小男孩”从离开轰炸机到爆炸，所经历的44.4秒，其弹体内的装置是如何工作的？

设计简单的“小男孩”

“枪式起爆法”的过程

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原子弹“小男孩”，是由美国物理学家弗朗西斯•伯奇的领导小组开发的一种采用“枪式起爆法”设计的铀弹。这种原子弹在引爆时，需要利用无烟火药爆炸时产生的能量，让两块低临界质量的铀-235撞在一起，达到超临界状态，引发核爆炸。因为这个引爆过程非常像枪械发射子弹击中目标，所以被称为“枪式起爆法”。

“小男孩”不简单的起爆系统

在开发原子弹“小男孩”时，设计人员通过计算得出一个结论——如何能让“小男孩”在目标上空580米的高度爆炸，此时它的破坏力将最强。为此，设计人员给“小男孩”设计了一套复杂的起爆系统，这套系统由计时、气压和雷达高度计三部分装置组成，它们会在“小男孩”被投放的瞬间依次开始工作，让其在预定的情况下爆炸。

正在进行组装的“小男孩”

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“小男孩”的定时装置

当原子弹“小男孩”与轰炸机弹舱内的炸弹挂架脱离时，与弹舱内部相连接的电源线插头就会断开，随后，原子弹内部的电源开始为内部装置供电，同时启动定时装置。

这个定时装置仅工作15秒，目的就是防止原子弹提前爆炸，以保证投放它的轰炸机有时间脱离。定时装置关闭时，原子弹与轰炸机之间的距离约为11000米。

升降机正在将“小男孩”送入B-29轰炸机的弹舱内

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“小男孩”的气压装置

定时装置工作15秒后关闭，气压装置开始工作。在气压装置开始工作的同时，雷达装置也开始通电。原子弹“小男孩”内部的气压装置，其实就是覆盖着金属薄膜的真空室。

随着原子弹高度越来越低，金属薄膜会在大气压的挤压下逐渐变形。设置气压装置的目的，主要是为了延迟雷达装置开始工作的时间，防止其出现问题过早引爆原子弹。

已经挂载到B-29轰炸机弹舱内的“小男孩”

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“小男孩”的雷达高度计

在原子弹“小男孩”下落到距离地面2000米的高度时，金属薄膜闭合电路，气压装置停止工作，雷达高度计开始工作。

这里所使用的雷达高度计，实际上就是用AN / APS-13尾部报警雷达，这是由轰炸机使用的雷达改造而来的。当雷达高度计探测到原子弹已经下落至预定高度时，就会击发布置在原子弹尾部的三个Mk15 Mod 1型引信。

引信被击发后，会立刻将后膛中放置的四包无烟火药引爆。火药爆炸时产生的能量，会将布置在原子弹尾部处于低临界状态的铀-235，也称之为“子弹”，发射出去。

这个空心圆柱体，会通过长度为1.8米炮管，射向位于原子弹前部的另一块铀-235。在与前部的铀-235块碰撞时，速度已经达到300米/秒。

在这样的速度下，两块低临界质量的铀-235在相撞后10毫米就可以发生链式反应，达到超临界状态，引发核爆炸。