十萬個為什麼：這個「小男孩」奪走了7萬人性命，怎麼這麼厲害？

作者：萬維鋼，美國科羅拉多大學物理系研究員

導語

1939年8月2日，愛因斯坦致函時任美國總統羅斯福，建議搶在德國之前制原子彈。

十萬個為什麼：

今天我們就來說說原子彈為什麼那麼厲害？

1945年8月6日早上，日本廣島市的防空雷達發現了一架美國B-29轟炸機。5分鐘之後，原子彈在廣島上空600米高度處爆炸。

美國的B-29「超級空中堡壘」轟炸機

這顆代號「小男孩」的原子彈只有3米長，4噸重，其中核燃料鈾-235的質量只有60千克，可是它爆炸的威力相當於13000噸TNT炸藥，是整個東京大轟炸中所有炸彈總能量的8倍。

原子彈「小男孩」

爆炸產生的衝擊波摧毀了半徑2000米內所有木質結構的建築物，中心溫度超過3000℃，都把房屋磚瓦氣化了。

據日本方面統計，7萬名廣島人立即死於這次核爆，如果算上後來因為核輻射而死的人數，因這顆原子彈爆炸而死亡的總人數達到了20多萬。

為什麼原子彈這麼厲害？因為它所釋放的能量來自核裂變。

原子彈試驗後形成的蘑菇雲

核能是原子核的結合能，而我們日常所用的各種能量，包括來自食物、燃油和普通炸彈的能量，都是化學能。而原子彈的能量釋放效率要高得多。

在鈾-235的裂變反應中，一個中子擊打在它的原子核上，把這個大原子核分裂成兩個較小的原子核和兩個新的中子，反應後粒子的總質量減少了一點。

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根據愛因斯坦質能方程E＝mc2，這些減少了的質量來自原子核結合能的改變。

僅僅一個鈾-235原子核的裂變就能產生2億電子伏的能量——相比之下，單位分子的TNT炸藥爆炸的化學能只有幾個電子伏。

一次裂變反應產生的兩個多出來的中子又可以讓其他鈾-235原子核裂變，這樣一級一級傳下去就形成了鏈式反應。

廣島原子彈的爆炸時間只有百萬分之一秒，在核彈炸開之後鏈式反應只能進行81級，只有2%的核燃料來得及完成裂變。

如果讓這些燃料都充分裂變的話，原子彈的威力將至少是同等質量TNT炸藥的1000萬倍。

原子彈的殺傷力還不是最厲害的，現在大國核武庫的主力是氫彈，它的威力可達原子彈的1000倍。

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美國首次氫彈試驗Mike

與原子彈的核裂變不同，氫彈依賴的核反應是核聚變：氫原子的兩種同位素（氘和氚）在高溫高壓下聚合在一起形成一個氦原子和一個中子，並釋放更高效率的能量。

中國曾經在1976年試爆過一顆千萬噸級TNT當量的氫彈。

史上最大的氫彈實驗是蘇聯在1961年完成的，它的當量達到了5000萬噸，相當於廣島原子彈的4000倍和整個第二次世界大戰所用炸彈總量的10倍。

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這次爆炸毀壞了數百千米內的房屋，其產生的暴風一直吹到了1000千米之外，甚至造成整個蘇聯境內無線電中斷1小時。

像這樣巨大的核能用於武器已經沒有多少實戰意義，人們更關心的是怎麼把它用在能源上。

我們已經掌握非常成熟的核電站技術，把裂變能量用來和平發電。然而基於裂變的核電站存在著放射性核廢料和鈾礦資源有限的問題。

要想用核能為人類徹底解決能源問題，前途在於能量效率更高，燃料取之不盡，而且幾乎沒有放射性污染的核聚變發電。

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