[科普中国]-铀弹

铀

铀是广泛存在于自然界的一种稀有元素1，它由3种同位素组成，即铀-238、铀-235和铀-234，它们分别占天然铀的99．275%、0．720%和0．005%，其中只有铀-235是可裂变核素，它在中子轰击下可发生链式核裂变反应，用作原子弹的核装料和核电站反应堆的"燃料"，但事先必须对铀-235进行浓缩。作为原子弹的装料，铀-235的浓度必须大于90%以上；作为核电站的"燃料"，铀-235 一般也要达到3%以上。因此，需要对天然铀进行同位素分离，使铀-235的浓度提高，这就是浓缩铀或称富集铀。经铀-235浓缩之后剩余的天然铀就是贫化铀或称贫铀，它除少量用于氢弹的外层和快反应堆的增殖层外，其他就成为核废料。

铀弹铀原子弹2分为枪式和收聚式。枪式原子弹因易产生过早点燃现象，不能用钚装料。收聚式原子弹爆炸效率高。1945年在广岛爆炸的“小男孩”原子弹装有60千克的U235，只有约1千克的U235发生了裂变，释放了约14000吨TNT当量，裂变效率约为1.67%，足见其效率之低。现代的原子弹综合了枪式和收聚式原子弹的特点，裂变效率可达到80%左右。图为“小男孩”原子弹及其结构图。

铀(Uranium)的原子序数为92的元素，其元素符号是U，是自然界中能够找到的最重元素。在自然界中存在三种同位素，均带有放射性，拥有非常长的半衰期（数亿年~数十亿年）。此外还有12种人工同位素(铀-226~铀-240)。铀在1789年由马丁·海因里希·克拉普罗特（MartinHeinrichKlaproth）发现。铀化合物早期用于瓷器的着色，在核裂变现象被发现后用作为核燃料。

广岛市原子弹爆炸广岛市原子弹爆炸事件，是在第二次世界大战末期，美国在大日本帝国（今日本）广岛市，于日本时间1945年8月6日早上8点15分投下原子弹的历史事件。这是人类历史上第一个遭受核武器袭击的都市3。

“小男孩”搭载了50千克的铀235。核裂变爆发的能量为50万亿焦耳，相当于1万5千吨TNT当量。能量通过冲击波、热线、放射线等方式爆发出来，分别占50%、35%、15%的比例。

这次爆炸的威力，相当将8倍于东京空袭中炸弹（2000吨）的总能量，在相当于东京市十分之一大小的地方爆发出来。

爆心250米以内的完全毁坏的建筑

爆炸的瞬间，中心气压达到了数十万个大气压，引发了极为强烈的冲击波和气浪。

爆炸中心的风速大约是440米/秒，相当于12级台风的风速的10倍。超音速的风和冲击波一起向外扩散，将一般的建筑破坏殆尽。

爆心的风压达到了350万帕斯卡，相当于在1平方米的地方加压35吨的重物。就算在半径1000米以内，风压也达到了100万帕斯卡。此范围以内除钢筋混凝土结构的建筑以外，全部遭到毁灭。2000米以内的风压是30万帕斯卡，此范围以内的木质房屋全部被毁灭。

热线烧灼的痕迹

热线的总能量大约是22万亿焦耳，即5.3万亿卡路里。热线，其实就是红外线，在爆炸后的3秒内大量放出。热线的能量与距离的平方成反比。爆心地每平方厘米大约是100卡路里，500米范围内为56卡路里，1000米内是23卡路里。也就是说，地面受到的能量相当于受普通太阳照射的1,000倍。

爆炸中心的温度，达到了3,000-4,000℃之高。爆心附近的房屋瓦片等纷纷“起泡”，木质房屋达到着火点自动自燃。

爆炸发射出了大量的α射线，β射线，γ射线和中子。据推算，地表每1平方厘米有高速中子1万2千亿个、慢中子（热中子）9万亿个。

原子弹爆炸产生了巨大的蕈状云，蕈状云里含有大量核辐射尘。这些核辐射尘和云中的水汽混合在一起，形成了黑色的雨落在广岛一带。这种雨具有高放射性，因此污染了河流，而当时因口渴不慎饮入这些雨水的难民，多数即在数日内死亡。

大多数的估计认为在广岛约有7万人立即因核爆而炸死，包含时任广岛市长粟屋仙吉。到1945年年底，据估计因烧伤，辐射和相关疾病的影响的死亡人数，约从9万到14万。[1]还有估计到1950年止，由于癌症和其他的长期并发症，共有20万人死亡。[2][3][4]

爆心500米以内的被害者，有90%以上的人当场死亡或当日死亡。500米到1000米以内的被害者，超过60%-70%的人当场死亡或当日死亡。暂时生存下来的人，有50%的人在6天内死亡；过了6天，又有25%的人死亡。

直到1945年11月，爆心500米以内的人98%-99%已经死亡；500米到1000米范围内，90%的人已经死亡。从1945年8月到12月，总共有9-12万人死亡。

灼伤的女性。身上衣服颜色较深的部位，灼伤的更为严重。

原子弹引发的大量热线和放射线，爆心1千米以内的人，均受到了5度的重度烧伤，表皮全部碳化。热线的影响范围是3.5千米以内。此范围内的木质房屋大都自燃，更是造成了二次烧伤。爆心1千米以内而又在屋外的人，90%在7天内死亡。

冲击波本身会对被害者造成损伤；冲击波毁坏的建筑物的碎片以高速冲向被害者，也会造成二次外伤。有人的眼球和内脏甚至直接从身体里飞了出去。

原子弹爆炸发射出的大量放射线，使大量被害者得了急性放射能症。症状是恶心、呕吐、食欲不振、腹泻、发热、脱毛症、皮下出血等等。也有人因此得了白血病。被害者大部分在一个月内死亡。

随后赶来救援的人，因为防护措施不到位，也有人得了放射能症，不过数量较少。受黑雨影响的人，也得了二次放射能症。

战后美国史界一直存在声音认为原子弹是暴行应当谴责的声音，也有对此进行反驳认为原子弹结束了战争而救了更多生命的学者。中国在90年代以前一直对原子弹持批判态度，如二战四十周年之际人民日报发表了谴责原子弹轰炸的文章，参见《严厉谴责美帝国主义用原子弹杀害亚洲人民》一文。但90年代后，官方一变而为拥护原子弹轰炸的态度。

原子弹爆炸造成广岛市十几万居民死亡，都市遭到毁灭性打击。

我国第一颗原子弹即为内爆式铀弹1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功，经过反复确认后，当晚周总理在人民大会堂宣布喜讯，《人民日报》刊发号外《加强国防建设的重大成就，对保卫世界的重大贡献--我国第一颗原子弹爆炸成功》。这个代号596的原子弹爆炸成功后，美苏欧等多国媒体纷纷进行了报道，并对事件进行了解读和评论。

美国情报机关根据对我国核爆放射性尘埃等证据的搜集，惊讶地发现我国的第一颗原子弹远比他们想象要先进--596是一颗内爆式铀弹，这比其他国家的第一颗原子弹难度都高得多。

原子弹一般是指裂变式核弹，铀235和钚239都可以作为原子弹的核装药，根据装药不同，一般把原子弹分为铀弹和钚弹。根据原子弹的引爆方式，又可以将原子弹分为枪式和内爆式。由于分离出来的钚239中都含有一定的钚240，而且使用枪式设计也更容易诱发过早点火，枪式设计只能用铀装药，而内爆式原子弹则可以选用钚和铀两种核装药。

枪式原子弹的设计和制造都比内爆式原子弹要求低，但枪式设计对核装药材料的浪费太大。美国空投广岛的"小男孩"就是一颗枪式铀弹，约60千克的铀235装药只有约1千克发生了核裂变，也就是不过1.7%的装药材料发生核裂变，效率极低。内爆式设计的核装药利用效率要高得多，内爆式核弹又有钚239、铀235两种材料的选择问题。用钚239作装药的核弹存在寿命较短的缺点，但钚239分离难度要比铀235浓缩的难度低得多，钚239还有反应截面大，临界质量更小的优势，例如无中子反射层时球形铀235的临界质量是52千克，而钚239只需10千克。由于临界质量更小，内爆式钚弹的弹芯研制起来就更容易些，美国的第一次核试验（也是世界上第一颗原子弹）就是内爆式钚弹，投向长崎的"胖子"也是内爆式钚弹。而数十年后的朝鲜，其首颗原子弹也是钚弹。

美国、朝鲜首颗原子弹都是内爆式钚弹。

美国情报部门曾认为，中国的第一颗原子弹肯定也会是一颗内爆式钚弹，他们花费大量时间精力去寻找中国的钚239分离装置，从而低估了中国原子弹的研制进度。

我国的第一颗原子弹不是内爆式钚弹，也不是设计更简单的枪式铀弹，而是一颗内爆式铀弹，这实际上相当于把内爆式钚弹的技术应用在铀弹上，具有极大的技术难度和风险。

我国选用了这样的高难度设计也有自己的苦衷--我国研制第一颗原子弹正值国民经济困难时期，枪式铀弹需要太多的铀235核材料，我国刚刚起步的铀浓缩工业暂时无法满足这一需求，因此借鉴钚弹内爆式的设计，为首次核爆研制了先进内爆设计的铀弹。

这种以高超设计来弥补工业能力不足的中国特色，在我国核武器的发展中很多时候反而是常态，比如后来氢弹的研制也是如此。值得一提的是，我国首颗原子弹"596"这个代号是为了记住苏联在1959年6月撕毁协议，停止对我国核武器项目的援助。

铀弹是用非常难得的原料纯铀235制造的。提纯过程要求极高的技术，如电磁同位素分离、气体扩散工厂、超级离心机等。如果能获取原料，核弹本身就相对容易了。传说中学生都能设计的就是这种核弹。设计不是关键，更大的问题在于获取纯净的铀235。一颗铀弹摧毁了广岛市。

钚弹的原料相对容易获得：钚239，是核反应堆的副产品。当然，如果你不能接近反应堆，也不容易得到它，但世界上有很多核反应堆。如果你能获得反应堆废料，而且懂得足够多的放射性化学技术以免被辐射伤害，那么提取钚239就相对容易了。对流氓国家甚至恐怖分子来说，获得钚239比获得铀235要容易得多。可是，即使你有了原料，用钚制造核弹也非常困难，这似乎是对容易的“补偿”。用钚造核弹需要内爆，那是非常难以掌握的技术。一颗钚弹毁灭了长崎市。

铀弹的危害铀弹引发的大量热线和放射线4，爆心1千米以内的人，均受到了5度的重度烧伤，表皮全部碳化。热线的影响范围是3.5千米以内。此范围内的木质房屋大都自燃，更是造成了二次烧伤。爆心1千米以内而又在屋外的人，90%在7天内死亡。

冲击波本身会对被害者造成损伤；冲击波毁坏的建筑物的碎片以高速冲向被害者，也会造成二次外伤。有人的眼球和内脏甚至直接从身体里飞了出去。

原子弹爆炸发射出的大量放射线，使大量被害者得了急性放射能症。症状是恶心、呕吐、食欲不振、腹泻、发热、脱毛症、皮下出血等等。也有人因此得了白血病。被害者大部分在一个月内死亡。

随后赶来救援的人，因为防护措施不到位，也有人得了放射能症，不过数量较少。受黑雨影响的人，也得了二次放射能症。

贫铀弹贫铀弹是指以含有铀238的硬质合金为主要原料制成的炮弹和枪弹5。其作用原理跟普通穿甲弹相同，是利用贫铀合金的高硬度跟高熔点依靠动能来穿透目标（详见穿甲弹），其多用来毁伤坦克等装甲目标。其主要成分是铀238，其本身没有放射性，但是由于其是制备铀235等放射性同位素的副产品，所以其中不可能绝对不包含铀的放射性同位素，所以贫铀弹还是具有放射性，但是放射性不强，主要是阿尔法射线，不进入人体一般不会对人体构成伤害。美国原子能标准委员会（NRC）将U235低于0.711%的铀定为贫铀，美国国防部标准为U235含量在 0.3%以下，而实际使用的标准是0.2%。

贫铀的主要成份是U－238，其半衰期达45亿年，因此，贫铀的放射性强度还是比较低的，不到天然铀的一半。但是，贫铀的放射性毕竟存在，长期接触对健康也有影响。美国陆军曾在一份研究报告中指出：贫铀是一种低水平的放射性废物，必须按放射性废物处理和储存。放射性主要是α射线，α粒子在空气中射程大约为2.73厘米，在致密物质中射程更短，仅能穿透人体皮肤角质层，受损伤的仅是无生命的组织，因此基本不存在外照射危害。但贫铀弹燃烧时，汽溶胶化了的氧化铀和贫铀微粒可以进入人体内部，以很大的概率被人体器官吸收，形成严重的内照射，使人体器官受到严重损伤。

铀与铅、镉一样都是重金属，能引起人类中毒。

铀是高密度物质，贫铀燃烧形成淡黄色烟雾状氧化铀尘埃，其燃烧生成物具有放射性及毒性。贫铀弹弹头爆炸时产生高温，燃烧生成的铀氧化物烟雾可传至40公里以外。 这种爆炸产生的粉状物，或落到地面，渗入土地里，或通过空气和河流向周边地区扩散。它的危害与原子弹爆炸后造成的放射性沾染相比并不逊色，只不过每发穿甲弹的沾染区较小而已。