廣島原子彈：人類歷史上第一次實戰使用核武器

科技 08-07

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共7021字，78圖。預計閱讀時間：45分鐘。

公元1945年8月6日，東京時間上午8時15分17秒，美國陸軍航空隊的一架B-29轟炸機在日本廣島上空投下一枚名叫「小男孩」的原子彈（鈾彈）。這是人類歷史上第一次將核武器用於實戰。

這枚原子彈的爆炸當量在今天看來雖然比較小（僅50萬億焦耳，也就是1.5萬噸TNT），不到現代核武器當量的零頭，但在72年前，那一瞬間造成了超過10萬名當地居民的死亡，已經開始宣告了人類核武器時代的正式到來。

小火箭努力根據美國軍方在1946年向國會提交的此次行動的報告和大量相關珍貴照片資料來和大家一起回顧一下72年前的那次投彈的細節，遂成此文。

美國軍方提交的使用原子彈轟炸日本廣島市的作戰行動報告（其中的兩頁）。

鈾彈

有關核裂變與鏈式反應的理論，在上世紀40年代就得到了學術界的認同。隱藏在原子核內部的，伴隨宇宙的誕生而出現的巨大能量彷彿是一頭兇猛的遠古巨獸，即將突破牢籠，來到這個世界。上圖為正在講述原子核物理學的費米博士。

（費米博士是義大利人，二戰爆發前幾個月，他從義大利逃到美國。費米讀大學期間，就已經開始為全校開設相對論課程了，前來聽講的教授絡繹不絕。但終歸因其博士論文在歐洲罕有人讀懂而曲高和寡。）

1942年12月2日，費米博士領導的團隊建成了人類第一個核反應堆。在4.5分鐘的時間內，這個由鈾、石墨和銀堆成了大塊頭實現了人類首次可控核裂變，持續提供了0.5瓦的功率。（這個功率現在用來給手機充電都比較困難，但這的確宣告了核時代的來臨。）

小火箭風格，該反應堆的具體坐標：

北緯41°47′32″N；西經87°36′3″W

在中子的轟擊下，鈾-235發生裂變，釋放出大量能量，而在裂變的同時，會釋放出更多中子。這些中子繼續轟擊其他鈾原子核，從而迅速擴大反應規模，形成核爆炸。

既然1942年年底之前，人類已經掌握了可控核裂變的技術，那麼，只要有足夠的核原料，並且能夠有促使反應快速進行的機制，人類有史以來威力最大的武器也就能夠誕生了。

原料到哪裡去找呢？

這是一塊含有大量鈾的金屬餅。

鈾彈需要大量的鈾235，而自然界中，鈾主要以鈾238的形式存在。鈾235與鈾238是同位素，但是99.3%的鈾都是鈾238。

勞倫斯博士發明了電磁分離法，根據鈾235與鈾238的質量差異，通過巨大的電磁鐵產生的磁場來加速鈾蒸汽。按洛倫茲力來計算，鈾238比較重，其圓周運動的半徑比較輕的鈾235大1.29%。如果設備足夠精密的話，就可以通過這個半徑差來分別收集鈾235與鈾238。這個過程要耗費大量的能量和時間。

1945年6月，勞倫斯博士的團隊終於提煉出了50公斤純度在99%以上的鈾235（從剛果得到了1250噸鈾礦石）。這些鈾235跨過了科學家團隊認定的一枚鈾彈所用鈾元素的質量門檻。

西博格博士領導的另外一個團隊則主攻鈈元素。到1945年7月份，他們提煉出了60公斤鈈239。

光有原料還不行，還得讓反應快速進行。上圖為兩塊核原料，在碰撞的時候，達到了臨界質量，產生了鏈式反應。

但是，因為兩塊原料的接近速度過小，核反應瞬間產生的能量又把兩塊核原料推開了，導致反應突然中止，沒能釋放出巨量的能量。

這是在內華達沙漠某地進行的一次核試驗。由於兩塊核原料的接近速度過小，核反應剛剛啟動就中止了，結果這次核爆炸的效能僅僅是炸壞了鐵塔的一小截。

後來，工程師們想出了解決方案：用傳統炸藥來讓3塊鈾235製成的圓環飛速射向1根鈾235製成的圓柱體。在圓柱體插入圓環的過程中，鏈式反應被啟動。

而又因鈾環的速度是由炸藥賦予的，在鏈式反應初期（0.1微秒以內），依然會保持向鈾圓柱擠壓的巨大動能，可以保證鏈式反應持續進行。這就是早期原子彈的槍式設計方案。

1945年7月16日，美軍進行了世界上首次核試驗：三位一體核試驗。（小火箭在這裡要說的是，首次核試驗用的是鈈239原料，因為高純度的鈾235實在是太難提煉了。廣島那枚原子彈是鈾彈，後來長崎的那枚原子彈是鈈彈。）

小男孩

1945年的這張海報，寫著「日本人，你們是下一個。我們將會完成使命」。取得了歐洲戰場勝利的盟軍開始把目光聚焦在日本本土。而如果盡量避免陷入日本的「一億玉碎」計劃，則成為了盟軍要分析的大課題。

小男孩鈾彈應運而生。

小男孩鈾彈長3米，直徑71.1厘米，重4003公斤。小男孩用了60公斤鈾（其中50公斤是勞倫斯博士團隊在1944到1945年這一年時間內製成的，還有10公斤是通過各種渠道拿到的），也就是說，為了製造這枚鈾彈，美國人實際上已經是用上了能夠拿到的所有的鈾235。

1945年8月1日，小男孩原子彈（鈾彈）在太平洋天寧島基地裝配完成。

調皮的天才地球物理學家弗朗西斯·伯奇博士在小男孩原子彈的外殼上寫下了「Little Boy」（小男孩）這個名字。

伯奇博士是地球物理領域的很多理論的創始人，對地震波頗有研究。他是曼哈頓計劃的參與者，同時也是小男孩原子彈在天寧島基地的裝配工作的指導人員。

站在右側看伯奇博士寫字的是諾曼·福斯特·拉姆齊博士。拉姆齊博士也是來天寧島指導美軍裝配和使用小男孩原子彈的。這一年，他30歲，已經從哥倫比亞大學博士畢業4年了。（他後來繼續進行理論研究，他的成果成為了如今人們使用的核磁共振成像的理論基礎。）

這是天寧島原子彈裝配基地。小男孩原子彈（鈾彈）就是在這間廠房裡完成的最後總裝。（後來的胖子鈈彈也是在這間廠房裝配的。）

指揮官弗雷德里克·L·阿什沃思正在和同僚一起討論具體的投放細節。

選擇人類第一枚原子彈的打擊目標很有講究，當時的選擇標準是：

第一：目標有直徑超過3英里（4.8公里）的城市區域；

第二：在此爆炸會造成有效的大規模傷害；

第三：目標直到1945年8月之前都未遭到大規模空襲。

這些標準實際上是對美國原子彈攻擊目標選取委員會給出的選取原則的細化。當時，該委員會給出的原則是：

首先，能夠對日本造成巨大的心理影響；

其次，在國際宣傳時，能夠拿出該武器可造成巨大破壞的有效證據。

最終，首個原子彈打擊目標定為廣島、小倉和長崎3個城市當中的一個。（具體炸哪一個，按投放當日的當地氣象情況再做決定。）

投放

小男孩原子彈重達4噸，需要選用比較靠譜的轟炸機來執行任務。

在曼哈頓計劃的後期，B-29轟炸機被選定為執行投放原子彈任務的轟炸機。

B-29「超級空中堡壘」可以在12192米以上的高空以時速563公里的速度飛行。日本的攔截戰鬥機很難在爬升到這種高度的時候還能保持對轟炸機的作戰效能優勢。而日本的地面高射炮中，只有極少量的超大口徑火炮才能夠得到B-29的飛行高度。

B-29的作戰續航距離超過4828公里，可以連續飛行16小時。而且這款轟炸機首次使用了增壓機艙，飛行員無須長時間佩戴氧氣面罩，也不用長久地忍受高空的嚴寒。

上圖為1架B-29轟炸機在日本大阪上空投下炸彈的場景。攝於1945年6月1日。

共有15架B-29轟炸機接受了針對原子彈投放任務的改造。在這個被稱作「銀盤計劃」的改造項目中，15架B-29轟炸機拆除了機身裝甲和機上的自衛炮塔，換裝了推力更大的發動機，更換了投彈艙門。

上圖為在天寧島基地待命的3架B-29轟炸機。這3架轟炸機在轟炸廣島當天都出動了。圖中最靠右側的就是裝有小男孩原子彈的艾諾拉·蓋號。

天寧島基地的士兵在小男孩原子彈裝上B-29轟炸機之前進行最後的測量與檢查工作。

卡車將小男孩原子彈運往基地的機場。

小男孩原子彈足足有4噸重，直徑為71厘米，無法像普通炸彈那樣由人力或者裝彈叉車進行裝載。只好先在跑道旁邊挖一個大坑。

小男孩原子彈被運到大坑上方。

在液壓裝置的帶動下，小男孩緩緩下降到大坑底部。然後，一架B-29轟炸機緩緩倒車，讓彈艙門對準大坑。

在液壓機械的幫助下，小男孩原子彈被升舉到B-29轟炸機的彈艙內。

1945年8月6日凌晨1點45分，載有小男孩原子彈的B-29轟炸機出發了！

實際上，和之前大多數文獻資料強調的內容不太一樣的是，歷史上，這一天，共有7架B-29轟炸機起飛，而不是僅僅是這一架帶有原子彈的艾諾拉·蓋號轟炸機。

當然，這架艾諾拉·蓋號轟炸機是最出名的。艾諾拉·蓋是駕駛該機的飛行員保羅·蒂貝茨的母親的名字。保羅1937年2月25日加入美國陸軍航空隊。1938年，因飛行技術極為優秀，被破格提拔為少尉。

當時，他被認為是最優秀的轟炸機飛行員之一。1942年8月17日，第一批B-17轟炸機加入第8航空隊執行對歐洲的戰略轟炸任務時，保羅就擔任了這批剛剛問世不久的B-17轟炸機的指揮官一職。

小火箭說，當時實際上有7架B-29在同一個夜晚升空，那麼，除了攜帶有小男孩原子彈的這架艾諾拉·蓋號之外，其他的6架B-29是幹什麼去了呢？

答：其中有3架B-29是氣象觀測機，分別飛往了廣島、小倉和長崎這3座城市，以便搜集氣象信息來最終決定把小男孩原子彈扔在哪座城市。

還有2架B-29攜帶了包括攝像機、輻射測量儀器在內的大量觀測設備，用於現場拍攝人類第一枚用於實戰的原子彈的爆炸效果。

還有1架B-29悄悄起飛。這架B-29轟炸機沒有飛向日本本土，而是前往了硫磺島並在那裡降落。

這架轟炸機是備份機，用來以防萬一的。如果攜帶小男孩原子彈的艾諾拉·蓋號轟炸機出了什麼岔子，指揮官就會讓艾諾拉·蓋號備降硫磺島機場，然後在那裡完成原子彈的轉移和交接工作，由這架停靠在硫磺島機場的B-29轟炸機接替艾諾拉·蓋號完成任務。

也就是說，除非廣島、小倉和長崎3個地方的天氣條件都極為不利，否則這顆原子彈是無論如何都要在8月6日當天投下去的。

小火箭風格：

8月6日凌晨起飛的7架B-29的具體升空時刻是這樣的。

第1架：飛往廣島的氣象觀測機，0點37分；

第2架：飛往小倉的氣象觀測機，0點39分；

第3架：飛往長崎的氣象觀測機，0點41分；

第4架：飛往硫磺島的投彈備份機，0點51分；

第5架：搭載原子彈的艾諾拉·蓋，1點45分；

第6架：科學觀測機，1點47分；

第7架：攝影觀測機，1點49分。

廣島市位於遼闊平坦的太田川三角洲上，「廣島」這個名字，源自於廣闊的三角洲地形。太田川三角洲的中心部位，被稱作廣島平原，其四周就是該市的西部和北部。廣島東部是丘陵地帶。

三角洲有7個渠口，並且將廣島市劃分作為6個突出至廣島灣的島嶼。廣島市地勢平坦，稍微高于海平面。城市的西北部和東北部，有一些小山。其中比較高的兩座是白木山（889米）和備前坊山（789米）。

廣島市的南方面向瀨戶內海，形成了廣島灣。

廣島市在當時是日本的第8大城市，雖然在1945年8月份，已經有12萬居民被疏散到了鄉下，但仍有24.51萬軍民生活在城區。在整個太平洋戰爭期間（應該說是8月6日之前），該城市比較幸運，總共只挨過不到10枚炸彈，共12人死於美軍的轟炸。當然，這個幸運也促成了廣島的不幸，使其成功入選為首個原子彈打擊城市。

廣島市城區建築密集，在小男孩原子彈的理論爆炸範圍內，地勢平坦，無山丘阻隔，可充分展示衝擊波的殺傷力。雖然穿城而過的幾條河流會影響原子彈的燒灼威力，但綜合考慮後，美軍還是把廣島列為第一優先目標。

上圖的同心圓圓心處就是投彈的靶心。而1到30號的目標是廣島市涉及軍事的工廠和指揮所。小火箭查閱了當年的地圖，按位置對應的話，1應該是日本陸軍的糧食儲備基地，8是陸軍運輸部本部，2是廣島市兵工廠，4是陸軍被服廠。原子彈投放的靶心位置是日本第5師團司令部、步兵第11大隊、炮兵第5大隊和輜重第5大隊所在的地方。

1945年8月6日上午8點，3架氣象觀測機認定，廣島和長崎的氣象條件極佳，可投彈，小倉市能見度情況不太好，不建議投彈。

第20航空隊指揮官李梅將軍與太平洋艦隊總司令尼米茲將軍在關島進一步確認了行動指令。

8點11分，第一目標廣島市區已目視可見。機組人員開始分發護目鏡。

一架伴航B-29觀測機向下投放了3組觀測設備。艾諾拉·蓋號轟炸機記錄著用於修正原子彈投放參數的無線電信號。

8點13分，轟炸機的操控權交給了投彈手菲爾比。

公元1945年8月6日8點15分17秒，小男孩原子彈從B-29轟炸機的彈艙中投下。（比預定投彈時刻僅晚了17秒）

艾諾拉·蓋號轟炸機突然卸下了4噸重量，機身開始發飄。保羅中校果斷加足馬力，繼續抬機頭，在空中做了一個小半徑158°轉彎，開始瘋狂地逃離廣島上空。

爆炸

從確認投彈的那一刻，艾諾拉·蓋號轟炸機上的機組人員就開始伴著彈上發報機的節奏來數秒，當數到43秒時，天空突然變成了紫色。不一會兒，這架B-29轟炸機開始猛烈晃動起來。一開始，大家以為是遭遇了高射炮的轟擊，後來才意識到，這是原子彈爆炸產生的衝擊波！

這是原子彈爆炸前一瞬間的廣島市（由伴飛觀測機拍攝）。

這是原子彈爆炸後的廣島市。

爆炸中心的風速為440米/秒，相當於12級颱風的風速的10倍。超聲速的風和衝擊波一起向外擴散，將一般的建築破壞殆盡。爆心的風壓達到了350萬帕斯卡，相當於在1平方米的地方加壓350噸的重物。

半徑1000米範圍內，除極少數幾座鋼筋混凝土結構的建築外，所有建築全被掃平；半徑2000米範圍內，所有木製房屋被瞬間推平。

小男孩原子彈的這次爆炸，造成廣島市當場死亡7.1 萬人, 傷6.8 萬人。隨後有大量的人死於核輻射引起的各種癌症。

廣島市共有7.6328萬幢建築物，在小男孩原子彈爆炸後不久，大部分房屋就毀掉了。其中，有4.8 萬幢房屋是在爆炸瞬間立即被衝擊波夷為平地的，另有22178幢房屋處於嚴重損毀狀態，以不可再使用。也就是說，小男孩原子彈摧毀了廣島市91.94%的建築。

在爆炸後的3秒內，大量紅外線被釋放出來。紅外輻射的能量與距離的平方成反比，在爆炸中心處，每平方厘米接收的能量約100卡路里，500米範圍內為56卡路里，1000米內是23卡路里。也就是說，即使是在較遠的地方，地面受到的熱輻射程度依然是太陽照射的1000倍。

也難怪在1945年美國進行人類第一次核試驗的時候，就有參研參試人員吟出了一首古印度的詩歌：

「漫天霞光異彩，

如同聖靈顯威。

唯有千個太陽，

方能與之爭輝。」

在遭到轟炸之前，這座建築原本是廣島縣產業獎勵館，是捷克建築師簡·勒澤爾設計的一座新古典主義建築，採用部分磚石部分鋼筋混凝土的結構，外面覆石材與砂漿修飾，並以銅製的圓頂覆蓋其上。建築本體為地下一層地上三層，但中間的圓頂部分則有五層樓高。

這是小男孩原子彈爆炸之後的圓頂結構的樣子。有不少人認為這是原子彈的爆心，實際上不是的。爆心在距離這個圓頂不遠處的廣島一座醫院的上空（580米處）。

廣島市燃氣公司總部大樓

這張照片非常著名。原子彈爆炸後，爆心周圍溫度在4000℃左右，即使是石頭表面也出現了慘白的熱輻射燒灼痕迹。而上圖牆上的閥門陰影，則是在爆炸瞬間，由熱輻射永久地烤在牆上的影子。

據報告描述，後來人們在牆壁上發現了十幾個人的陰影。這些瞬間汽化的人留下的，只是牆壁上的影子。不過上圖這個影子有待查證。

人們後來找到的兒童車和鋼盔

1945年8月6日下午2點58分，完成了投彈任務的艾諾拉·蓋號轟炸機返回天寧島基地，正在準備著陸。

這是小男孩原子彈投放前後，B-29轟炸機在日本各個主要大城市投放的傳單。上面明確講述了美國將使用B-29轟炸機向日本投放原子彈的聲明。當然，這種城市將在一瞬間被夷為平地的說法，大部分日本人會認為只是危言聳聽而已。

正可謂，勿謂言之不預也。

8月6日，小男孩原子彈爆炸後，日本仍未無條件投降。3天後，早在天寧島基地待命的胖子鈈彈被B-29轟炸機帶上天。而在廣島投下小男孩鈾彈的艾諾拉·蓋號轟炸機此時的任務則是充當氣象觀測機。

1945年8月9日上午11時02分，胖子鈈彈在長崎上空投放。

1946年，一對戀人回到廣島市，在一座廢棄的建築上俯瞰滿目瘡痍。

1988年，廣島市的航拍圖像。照片中，兩條河的交匯處就是當年的預計爆心相生橋。（實際爆心偏離相生橋600米，在一座醫院上空。）

為什麼廣島能夠在遭受原子彈打擊之後，還能這麼快地恢復呢？

這和小男孩這枚原子彈是有關係的。這是一枚鈾彈。而鈾太珍貴了，美國並沒有把任何一克鈾浪費在試驗中。因此，小男孩鈾彈是一款從未進行過任何一次試驗的武器裝備。

美軍只是選擇了完全相信理論物理學家們所說的，這傢伙能爆炸，而且威力超過所有常規炸彈的說法。當然，這種信任在事後的效果中得到了報償，這傢伙的確威力巨大！

不過，實際上，小男孩原子彈的全部威力並沒有都釋放出來。

細心的小火箭好友還記得前文講到小男孩原子彈用了60公斤以上的鈾235。（具體來說，是勞倫斯博士團隊生產的50公斤90%純度的鈾235和10多公斤從各個渠道拿來的純度在50%的鈾235。）

那麼，按照質能方程式來計算的話，爆炸當量應該遠高於1.5萬噸TNT才對。

實際上，後來詳細計算後，理論物理學家們認為當時只有約1公斤的鈾235參與了鏈式反應（也就是說，只有1.67%的鈾參與了反應）。稍作改進的話，小男孩原子彈的爆炸威力將會提升10倍以上。

4噸多的小男孩原子彈，產生了1.5萬噸TNT的爆炸當量。

隨著技術的發展，如今，幾乎所有的核大國都掌握了鈾彈、鈈彈和氫彈的高效能使用方法。

按照理論物理計算，結合現代結構設計和新型材料的使用，每噸炸彈的理論極限是產生600萬噸TNT的爆炸當量。而現在，幾乎所有的核大國都能夠做到讓每噸炸彈產生520萬噸TNT爆炸當量。現代核武器的爆炸效能是小男孩鈾彈的347倍！即使是個頭兒和重量只有小男孩原子彈不到十分之一的小型核彈頭，也能產生數十倍於小男孩的作戰效能。

這是人類工程技術發展史上，少有的在工程層面實現了的如此接近理論極限值的複雜系統。小火箭覺得，人類在先進武器系統的研發和實踐上真的很執著也很能幹。