前來填坑：為什麽美國和蘇聯認為當年我們的第壹顆原子彈是鈈彈？
1964年10月16日，我們代號“邱小姐”的原子彈試驗成功，在下午3點整在羅布泊試驗場成功引爆。
這件事讓我們成為世界上第五個擁有原子彈的國家。為今後中國的發展奠定了基礎，並且大幅度地提高了我們的國際地位。原子彈爆炸後7年，1971年10月25日我們恢復了聯合國席位，並繼續擔任常任理事國。並且由於中國核能力的崛起，迫使美國和蘇聯在1968年簽訂了《不擴散核武器條約》
但當年爆炸第壹顆原子彈的時候，美國和蘇聯都壹致發表看法說中國的第壹顆原子彈是壹枚鈈彈。
幾十年來，中國第壹顆原子彈的鈾鈈之爭其實也壹直沒有中斷過。
昨天做了壹個問答《為什麽造原子彈時工人可以去車鈾球，濃度那麽高輻射不會很強嗎？也就順理成章的和粉絲討論到了咱們的第壹顆原子彈是“鈾球”還是“鈈球”的問題。
畢竟我國的核武器保密制度是世界上最嚴格的保密制度。而且在當年，由於各種敵人的刺探我們也很難將很多的真實信息公之於眾。
史海沈鉤， 歷史 上很多的事情不到官方真正的公布數據的時候往往都只是謎團而已。
不過，如果我們來仔細分析壹個核武器的基礎數據，就會自己來判斷出當年我們的第壹枚原子彈是鈾彈還是鈈彈。
這裏面最主要的知識就是對臨界狀態的認識。
“臨界”包括“臨界質量”和“臨界直徑”兩個概念。前天有粉絲在說只要達到了臨界質量，核爆炸就會產生，這個觀點是不正確的。
W君當時舉了個例子：壹根2毫米直徑的鈾235細絲，長度為2公裏。這個鈾細絲的質量大約是119公斤。這個重量就遠遠超過了鈾235的臨界質量，但是，並不會發生核爆炸。原因就是還差了壹個臨界直徑。
壹般來說，完美的球體是臨界體積最小的形狀。
原因就是在鏈式反應過程中中子利用效率的問題了。
自發的裂變可以在壹塊鈾-235或者鈈-239金屬內部任何位置發生。如果核裂變所產生的中子沒有碰撞到任何其他重原子的時候就會飛出這塊金屬表面。那麽裂變所產生的中子就難以引發下壹個原子核的裂變。裂變反應就難以自持了。
為了能夠讓裂變反應能夠自持形成鏈式反應，就需要確保大部分的中子都可以撞擊到原子核。這裏就可以采用兩種方法，第壹個是增加中子飛行路徑上原子核的數量，方式就是提高密度增大質量——這也是臨界質量的來源，另外就是延長中子在核裂變金屬內飛行的路徑，也就是將核裂變物質的厚度增加，在不同方向上厚度的增加最終形成的就是壹個完美球體。這也是普通核彈的核心形狀了。
裂變產生的中子利用率在統計學計算中不能持續地擊中其他原子核而跑到外面去就叫做亞臨界狀態。當質量和半徑都增加了之後，統計學上認為中子可以引發持續到裂變反應就叫做——臨界狀態。
在不設置額外的中子源，以及核心外部的中子反射層的情況下，100%純度的鈾-235的臨界質量需要達到52公斤，完美核心球體的直徑也需要達到17厘米。
想對比100%鈈239的臨界質量只需要10公斤，直徑也僅僅是9.9厘米的壹個圓球。
當然了這個數值是壹個理論計算數值。根本就沒有100%純度的鈈和鈾。充斥在金屬鈾和金屬鈈中間的雜質原子被中子擊中後是不會裂變的。
但是這個數值是有誤導性的！！！
請問——鈾235的比重是19.1克，直徑17厘米的鈾球重量是多少呢？
球體積 = πr?，直徑17厘米的球體體積是 2572.44078485立方厘米。重量為 49133.6189906克，唉？！和臨界質量竟然差了3千克！！！
也就是說，即便做了壹個17厘米直徑的鈾球，也是爆不了的。
妳需要把鈾球做得更大，得在臨界質量和臨界直徑上雙雙達標才可以引發鏈式反應。
當然了，這是在沒有中子源和反射層的狀態下。
鈈彈的指標呢？其實是達到臨界直徑就已經達到臨界質量了，鈈的密度是19.81克/立方厘米，不信可以自己算壹下。
對於鈾彈，不僅僅臨界質量和臨界直徑是壹個坑，還有壹個更有意思的問題，就是剛剛咱們提到的雜質問題。
20%濃度的鈾235，需要400公斤才能達到臨界質量，15%的鈾-235就已經需要600公斤才可以達到臨界質量。讀到這裏大家能想到什麽？
日本東海村的臨界事故。當年日本JBC員工操作失誤，將富集度達到18.8% 七桶 硝酸鈾酰溶液 倒入了水桶中。很多文章中寫東海村臨界事故。其實這次僅僅是壹次亞臨界事故，真正的鈾245含量僅僅是46公斤，並沒有達到臨界值。當時目擊者看到的藍光也不是“ 契倫科夫輻射”而是空氣中的氮氣和氧氣被電離後發出的藍光。和契倫科夫輻射很像但是並不是壹種東西。
為什麽東海村的核事故僅僅是46公斤鈾就造成了巨大的人員傷亡並迫使事發地點周圍10公裏的人員必須疏散呢？原因在於當時在溶解硝酸鈾酰的鋼制鐵桶外面，工人又為了降溫套上了另外壹個鐵桶，並向鐵桶內註入了大量的水。這樣就形成了壹個中子反射層。導致了整個裝置的臨界質量降低，使得水桶中的沈積物達到了亞臨界的水準。
如果不是這種狀況，金屬鈾是可以捧在手裏面的。
說回鈾內爆，如果說我們的第壹顆原子彈是鈾內爆型原子彈，那麽可以認為我國是迄今為止唯壹壹個掌握了鈾內爆型原子彈技術的國家——原因是這件事太難了。除了我們聲稱自己搞出來過，目前還沒有任何其他國家搞出來鈾內爆設計的核武器。
鈾內爆式核武器很難搞，最主要的原因就有點類似於東海村的事故了，在鈾遠遠沒有達到臨界質量的時候，如果外界條件允許則會產生亞臨界輻射。在原子彈沒有爆炸之前就已經可以構成對周圍人的傷害了。
所以在制造鈾原子彈的時候往往還是會采用槍式結構。怎麽做，這裏就有講究了。
大家看到的槍式結構原子彈都是示意圖。只能告訴大家壹個基本的原理，就是兩塊小於臨界值的鈾235合並到壹起引發核爆炸。
我們在之前提過，即便是臨界直徑達到了鈾的臨界質量還是差了三公斤。這就導致我們壹方面需要擴大核裝藥的重量，另壹方面則需要為核裝藥增加中子反射層。真正的原子彈是壹個套娃結構。
小男孩原子彈的設計是上圖的樣子，當然了也是壹個示意圖。在原子彈的前端，壹小塊鈾被放在深灰色的中子反射層之內。但由於小鈾塊和中子反射層之間還有壹個足夠大距離間隙。因此這塊小的鈾並沒有在亞臨界狀態。
另壹塊大塊的鈾放在了原子彈的尾部，註意。尾端炸藥和鈾塊之間壹深壹淺的兩個滑塊了嗎這也是中子反射層。雖然尾部的鈾塊很大，但是由於中子反射層只在鈾塊的異端，因此這塊大的鈾235也沒有在亞臨界狀態上。
當小男孩被激活的時候，炸藥爆炸推動整個結構和原子彈前部的小鈾塊結合成整體。這時候妳會看到藍色的中子反射層完全包裹了鈾核心。鈾核心就在瞬間達到了臨界值，引發了鏈式反應。
我們想壹下內爆原子彈的結構：
中子反射層是包裹著整個核彈核心的。並沒有槍式結構的開放式結構，也不能存在足夠大的空隙。整個的起爆過程是利用炸藥能量向內部重鍛的過程。在這種狀態下。高純度的鈾235就會被中子發射層激活達到亞臨界狀態。
這就是為什麽內爆式鈾彈難搞的原因了。本身從理論上就很難實現。
為了降低這種亞臨界風險可以采用反射層和核心分離的設計，盡量的拉大反射層和核心表面的距離。但是這樣也會出現工程學的問題。畢竟我們引爆內爆式核武器最主要的方式就是炸藥透鏡。
炸藥透鏡又要求內核的結構盡量緊致不存在空隙。只有這樣爆轟波才能盡量均勻地將小小的核心進壹步壓縮。否則任何壹點點爆轟波的偏差（必然存在的）都會將核心推離正確的位置導致起爆的失敗。
看到這裏大家是不是能理解為什麽W君也認為當年我們爆炸的是壹枚鈈彈？
或者大家有什麽其他的想法？也可以聊聊看