枪式和内爆式茶叶蛋，客官你选哪个？ | 科技袁人

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导读

这么看起来，煮个茶叶蛋，也不是什么稀罕事，为啥某些小流氓会憋那么久？

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本视频发布于2021年3月13日，观看量已超5万

精彩呈现：

原子弹的基础原理，即核裂变，大概大多数人都知道。不过，专业一些的文献里会提到所谓“枪式”和“内爆式”原子弹，这是什么意思？

我的朋友、著名科普作家@老和山下的小学僧有一篇文章《三宝之一 开挂热核弹》，对此给出了形象而幽默的解读。首先需要说明的是，这些原理都是公开的，没有秘密可言。诸位要是看了以后就吆喝“我学会造原子弹了”，那也随您的便。唯一的问题，只是你没地方搞核原料。

下面，我们来看老和山下的小学僧的原文：

原理

原子弹的原理很简单：铀原子裂变，释放能量的同时再放出中子，中子分别再击中铀原子核，再次释放能量和中子，依次类推，谓之链式反应。

但这里有个问题，中学课本讲过：原子如果有足球场那么大，原子核只有芝麻大小，中子恐怕比蚂蚁还小了。蚂蚁要击中足球场中的芝麻难度可想而知，怎么办呢？需要足够多的足球场紧密排列，蚂蚁一路往前飞，总有一个芝麻会被击中。

这就是所谓的临界质量，小于临界质量意味着足球场不够多，大部分蚂蚁打不中芝麻就飞到铀块外面了，反应无法倍增，铀块只会发热不会爆炸。

大于临界质量，蚂蚁就会不断击中芝麻，能量迅速倍增，产生核爆。

结构

简单的原理决定了原子弹简单的结构，首先把核原料分开，使之小于临界质量，要炸的时候合到一起，使之大于临界质量。

铀235和钚239自然状态的临界质量分别为48 kg和16 kg，而实际上，不浪费中子的话，临界质量可以做到更小，比如利用中子反射层把跑到外面的中子反弹回来，或者额外提供中子源，加个中子点火什么的，诸多措施一上，临界质量可以达到原来的三分之一，这就是所谓的原子弹小型化。

 小型化可以让一枚导弹装更多的核弹头，了解核大战模式的小盆友就能明白小型化的意义，核威慑比的不仅是当量，更是数量。

原子弹主要有两种结构，图3这种结构叫“内爆-压紧型”，多个铀块分开，中间摆个中子源，起爆时用炸药把小铀块挤到一起，压缩的很致密，提高“蚂蚁击中芝麻”的概率，再由中子点火，使裂变更充分。

图3

这种结构的优点是可以多放铀块，自然意味着威力更大，但对厨艺还是蛮讲究的，比如，用炸药把那么多铀块挤压致密的同时，还得保持良好的几何外形，炸药的爆炸速度7000米/秒，相差百万分之一秒就是7毫米，这种误差是绝不允许的。

美帝扔长崎的那颗“胖子”（图4）便是此类，塞了6.2千克钚239，由铀238包裹并充当中子反射层。美帝担心厨艺不精，先于新墨西哥州煮了一颗名为“小玩意”的同款茶叶蛋，最终长崎的“胖子”大约只有20%的钚发生了裂变，而剩下的近5千克钚飘散在地面上。

图4

对于厨艺不精的人，还有一种偷懒的做法：“枪法-压拢型”，注意看图5划红线的重点，炸药把铀块炸进球里，合并之后就达到了临界体积，中子反射层把飞到外面的“蚂蚁”再反射回来继续撞击“芝麻”。

图5

这结构有多简单呢？美帝扔广岛那颗“小男孩”（图6）就是这种“枪法原子弹”，煮好之后都没试验，直接就扔脚盘里了。这么重要的军事行动，居然不提前试验，这得是多有把握！

图6

当然了，这种粗活肯定不如细活干得好，“小男孩”装了51公斤铀235，消耗了当时橡树岭工厂的大部分产量，最终大约只有1.5%发生了裂变，余下部分到处飘散。

这种干法实在太浪费，后来部署这玩意儿消耗了美帝大部分的铀235，再后来美苏互削茶叶蛋，首先削的就是枪式弹。从外形上，可以明显看出两种结构的区别，一个长条形，一个圆滚滚。（图7）

图7

难点

这么看起来，煮个茶叶蛋，也不是什么稀罕事，为啥某些小流氓会憋那么久？原因无他，食材难得！丰度（可理解为浓度）超过90%才可以煮蛋，而自然界中铀矿仅有0.3%。你想想，蚂蚁击中芝麻本就不易，丰度不够的铀235相当于在足球场之间又塞了无数观众台。

所以最核心的煮蛋技术就是铀浓缩离心机（图8），其转子材料极其特殊，和发动机叶片类似，只有几个国家可以生产，有啥动静都躲不过五大流氓的眼睛。铀浓缩的过程非常细微，离心机一堆一堆运转才能挤出一点点铀235。所谓的输送核技术其实就是送离心机，至于其他的，教科书上看看也大差不差了。

图8

瓶颈

SPRING

只要搞到食材，很多小流氓也陆陆续续煮了茶叶蛋，但是为什么五大流氓还是不着急呢？因为铀235裂变是自发进行的，这意味着铀块体积不能过大，所以威力也不能无限大。历史上最大威力的茶叶蛋当量也到不了50万吨，普通的也就在10万吨左右，这在大流氓面前和鞭炮差不多。

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背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

责任编辑：祝阳