每个原子的中心都有一个原子核。将原子核分解或将两个原子核组合在一起可以释放大量能量。核武器利用这种能量来制造爆炸。现代核武器通过结合化学炸药、核裂变和核聚变来发挥作用。炸药压缩核材料，引起裂变;裂变以X射线的形式释放出大量能量，从而产生点燃聚变所需的高温和高压。

裂变和聚变

所有物质都是由原子组成的：令人难以置信的小结构，容纳三种粒子的不同组合，称为质子、中子和电子。

每个原子的中心都有一个“原子核”（复数形式是“原子核”），其中中子和质子紧密地结合在一起。大多数原子核是相对稳定的，这意味着它们的中子和质子的组成是相对静态和不变的。

在裂变过程中，某些重原子的原子核分裂成更小、更轻的原子核，在此过程中释放出多余的能量。这有时可以自发发生，但在某些细胞核中，也可以从外部诱导。中子射向原子核并被吸收，导致不稳定和裂变。在某些元素中，例如铀和钚的某些同位素，裂变过程还会释放出多余的中子，如果它们被附近的原子吸收，就会引发连锁反应。

聚变的工作原理相反：当暴露在极高的温度和压力下时，一些轻质原子核可以融合在一起形成更重的原子核，在此过程中释放能量。

在同时使用裂变和聚变的现代核武器中，一枚弹头可以在几分之一秒内释放出比二战期间使用的所有武器加起来还要多的爆炸能量，包括投向日本的两颗原子弹“胖子”和“小男孩”。

所有核武器都使用裂变来产生爆炸。“小男孩”是战时使用的第一枚核武器，其工作原理是将空心铀-235圆柱体射向相同材料的目标“塞”。

核燃料

只有某些元素的某些同位素才能发生裂变（同位素是同一元素在原子核中具有不同中子数的变体）。钚-239和铀-235是核武器中最常用的同位素。

每个碎片本身不足以构成临界质量（维持裂变所需的最低核材料量），但通过碰撞碎片，达到了临界质量并发生了裂变链式反应。

现代核武器的工作原理略有不同。临界质量取决于材料的密度：随着密度的折痕，临界质量的去折痕。现代武器不是碰撞两块亚临界核燃料，而是在铀-235或钚-239金属的亚临界球体（或“坑”）周围引爆化学炸药。来自爆炸的力被引导到内部，压缩凹坑并使其原子更紧密地聚集在一起。一旦密度达到临界质量，中子就会被注入，引发裂变链式反应并产生原子爆炸。

在聚变武器（也称为“热核”或“氢”武器）中，初始裂变爆炸产生的能量用于将氢同位素“融合”在一起。武器释放的能量会产生一个达到数千万度的火球，其温度与太阳中心（也以聚变方式运行）处于同一范围内。

弹头深度

热核武器中使用的爆炸通常被描述为一次爆炸（化学爆炸和裂变爆炸）和次级爆炸（随后的聚变爆炸）。然而，实际机制要复杂得多。

例如，纯裂变初级核是低效的——在大部分钚-239裂变之前，钚坑就会自我炸裂。相反，可以通过在空心坑的中心加入氢气（由同位素氘和氚组成）来“促进”反应。当周围的钚发生裂变时，氢气发生聚变并释放中子，引起额外的裂变。

同样，二次燃料也不纯粹由聚变燃料组成;其中层层是一个裂变“火花塞”，由钚-239或铀-235组成。当一次爆炸从外部压缩燃料时，火花塞材料变得超临界并发生裂变，从内部加热氢气并促进进一步的聚变反应。

聚变释放中子。这些中子撞击聚变燃料周围的一层铀，导致其中的原子裂变;这种裂变通常占武器总爆炸当量的一半以上。

不包括这种铀“毯子”的热核武器被称为中子弹，因为聚变释放的中子是从武器中释放出来的。因此，中子弹产生的辐射量比相同当量的普通武器更大。在冷战期间，这种武器被考虑用于对付坦克攻击，目的是在不物理摧毁坦克的情况下使坦克乘员瘫痪。

天然铀必须在这样的离心机中浓缩，然后才能用于核武器。照片：核管理委员会

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