电影《奥本海默》热映着的情况之下，再次使得公众对于原子弹的关注被引发了。奥本海默，其身为曼哈顿计划的领头人物，在人类历史上第一颗原子弹诞生的整个过程当中起到了重要的作用，因而被世人称作是“原子弹之父”。
自从1905年爱因斯坦写出质能方程，物理学家便知晓，微小原子核里蕴含着巨大能量。从科学概念诞生至实际应用，其间要克服无数工程技术方面的难点。若不是为了和纳粹德国竞争，美国也不会启动曼哈顿计划，动用举国力量制造原子弹。威力极大的核武器自诞生之时起就完全改变了人类历史进程，给人类社会带来了极大冲击与影响。
在大众媒体里头，好多有关核武器的说法讲得模模糊糊，一些常常会用到的术语没办法全然精准地说出其背后实实在在的物理含义。当今世界上那几个核大国都把核武器技术当作最顶级的国家机密，制造核武器的技术细节不方便公布出来让众人知晓。这也是一部分核武器术语看着含含糊糊的缘由之一。虽说核武器技术细节是国家机密，然而其基本物理原理是完完全全公开的。在学术界，跟核武器相关的物理原理没什么保密性可言。本次文本会依据物理原理着手，去剖析某些和核武器有关联的名词术语，深入探究其背后内蕴的物理内容。
原子弹与原子无关
对于核武器而言，公众最为熟知的便是原子弹（Bomb）。在当代社会里，几乎每一个人都起码听闻过原子弹。可是，从科学层面而言，原子弹这个称呼本身就极为不严谨。原子弹实际上和原子（Atom）并无关联，而是跟原子核（）存在着紧密的联系。
原子的中心那个部分是原子核，电子以特定方式分布于原子核的周围，原子物理所进行研究的对象是原子当中那个电子，原子核所起到的作用仅仅是针对电子提供出一个外电场而已，研究原子核内部结构作为内容的学问就称做核物理，原子弹进行爆炸所产生的能量完全源自于原子核内部所发生的核裂变，所以原子弹更精准更准确些的名称应当被叫做裂变弹，是一种属于核弹类型的弹。
因其原子弹全然出于核裂变，实际上它存有一个学名，称作纯裂变核武器这一名谓，二战临近结束之际，美国于日本的广岛以及长崎投掷的两颗原子弹，均归属于纯裂变核武器。
原子弹所使用的核装药为铀 - 235（U - 235），或者是钚 - 239（Pu - 239）。铀、钚是元素的名称，它们分别翻译自英文单词。金属元素的汉语名称大多带有金字旁。元素周期表里有九十多种金属元素，都要用带金字旁的汉字来命名，并且多少要与英文有点谐音，这并非容易之事。说起来这还和明太祖朱元璋有关系。朱元璋立下遗训，子孙名字里面的第三个字必须使用以“五行”为偏旁的字，也就是“火、土、金、水、木”中的一个字。这样一来，持续了两百多年时间的明朝皇族，创造出了好多金字旁的汉字，其中不少字其自身并没有什么含义，不料在近代对金属元素进行命名的时候恰好能够用得上。
那关于铀 - 235 以及钚 - 239，这儿后缀的数字“235”、“239”呢，它指的是该元素的质量数（Mass），然后呢，原子核是由中子跟质子构成的，质子数与中子数加起来的和就是质量数，同一元素通常会有多种不一样的同位素，同位素有着相同的质子数、不同的中子数，所以也就有着不同的质量数，比如说，铀元素有 92 个质子，两种常见同位素的质量数分别是 235、238，故而被称作铀 - 235、铀 - 238。
铀-235是裂变物质，钚-239也是裂变物质，它们在中子撞击下会发生裂变，裂变究竟是什么呢，它是较重原子核分裂成两个较轻原子核的过程，因这个过程存在质量亏损所以会放出能量，爱因斯坦的质能方程E=mc2表明，微观粒子的能量等于其静止质量乘上光速的平方，光速数值极大，所以微小的质量亏损就能够产生出巨大能量，这进而成为了原子弹的能量来源。
中子是在重核裂变过程当中所产生的，新产生的中子会撞击附近的铀原子核，进而导致铀原子核也发生裂变，致使发生裂变的原子核数量以指数的速率增加，此即所谓的核链式反应（Chain），在短短的一微秒内，发生裂变的原子核数能够增加一百倍，链式反应能够在短时间内释放出爆炸所需的能量，只要几公斤的裂变材料发生裂变，释放出来的能量便足以摧毁一个城市。
图1：于原子弹当中发生的呈现链式特征的反应。铀-235原子核一经中子产生撞击便会触发裂变现象，进而引发出两个体积相对较小的原子核以及中子。新生成的中子对其他铀-235原子核发起撞击，致使出现更多裂变情况。| 图源：
能够将裂变物质挤压到一块儿，致使其达成产生链式反应所需要的临界质量（Mass），这可以说是能引爆原子弹的关键要点。当下所存在的原子弹具备两种引爆的方式。其中的第一种方式是枪式。这种方式呈现出如同子弹朝着靶子射击那般的状态，依靠常规炸药实施爆炸时所具备的推力，把一部分裂变物质以高速的形式射向另一部分裂变物质，从而让裂变物质紧密地结合在一起，进而达成临界质量。第二种方式是内爆式。在这种方案里面，常规炸药处于外层，而裂变物质处于内部。当常规炸药发生爆炸的时候，会产生朝着内部方向的压力起步网校，这种压力对裂变物质进行挤压，进而使得裂变物质能够达到临界质量。
热量由核裂变释放出来，这热量会让裂变材料出现膨胀，致使铀原子间距离变远。核反应截面随距离增大迅猛下降，新产生的中子撞击铀原子的几率大幅降低，链式反应因此停止。原子弹设计关键之一是使裂变材料在尽可能长的时间里不被炸散，从而得以充分利用。核反应截面是衡量反应发生概率的物理量，有面积的量纲。
氢弹与氢关系不大
比原子弹威力更大的核武器是氢弹 ，出于人道主义考虑 ，原子弹之父奥本海默抵制美国政府制造氢弹 ，却因此被撤销安全许可 ，这意味着其政治生涯的结束。电影《奥本海默》花了较大篇幅讲述安全许可听证会详细过程。奥本海默 、爱因斯坦等著名科学家的反对未能阻止氢弹研发进程。在原子弹造出数年之后 ，氢弹于1951年研制成功。
以巧妙设计方案利用原子核聚变所产生能量的是氢弹，和核裂变过程相反的是，核聚变过程乃是由两个较轻原子核融合生成较重原子核的过程，氢弹所利用的核聚变过程是这样的，氘原子核会与氚原子核融合从而产生一个氦原子核以及一个中子。
有这样一张图2，当中所示的是，氘原子核以及氚原子核，这二者发生了聚变，进而产生出了一个氦原子核，还有一个中子，与此同时，还放出了能量，此图的来源是wiki。
氢作为一种元素质，氘是它的同位素之一，其原子核有一个质子，核周围有一个电子，处在这种状态下，它的化学性质由这片区域的电子所决定，与氢共有的化学性质表现为单质都会呈现气体状态，同样，氚作为氢的另一种同位素，也具有一个质子以及核外一个电子的结构，化学性质也由核外电子决定，因此和氢相同，单质也是气体，然而，氢、氘、氚之间是有差别的，差别体现在中子数以及质量数上，氢原子核质量数为一，氘原子核质量数为二，氚原子核质量数为三，另外，氘的英文在希腊语里具备“第二”的意思，氚的英文在希腊语里有着“第三”的意思。念作Dao的氘，念作Chuan的氚，与英文谐音，气字旁体现出其单质作为气体的这个化学特性，下面的两划、三划各自代表其质量数，这两个字堪称结合了音译和意译的典范。
核聚变进程当中存在质量亏损，依照质能方程，亏损的质量转变为能量，太阳内部在每一个时刻都持续进行着数量极为巨大的核聚变，聚变能凭借电磁波的形式朝外面辐射，一部分电磁波（当中涵盖可见光）传播至地球，成为地球上几乎全部能量的来源。
和核裂变相较，单位质量的聚变物质产出的能量更多。需要留意的是，这并非是氢弹威力比原子弹更强的缘由。完全借助聚变能的核武器称作纯聚变武器（Pure），仅在理论层面存在，于现实里未被制造出来。当下的氢弹的确运用了核聚变，不过核聚变的主要功能是生成新的中子，从而致使更多的裂变材料产生核裂变高中物理核裂变方程式，释放出更大的裂变能。氢弹的主要能量依旧源于核裂变高中物理核裂变方程式，氢的同位素发生核聚变所产生的能量基本能够忽略不计。就这个角度讲，氢弹跟氢的同位素关联较小，所以氢弹这一名称不太严谨。鉴于核聚变必然需要很高的温度，氢弹更具专业性的称呼是“热核弹”（Bomb）。
氢弹主要存在两种设计方案，第一种是聚变增强裂变核武器，它属于内爆式原子弹的一种改进形式。原子弹爆炸时，核裂变材料会因炸开致使链式反应停止，众多裂变材料未被利用。于裂变材料铀的中心重新注入氘和氚，爆炸产生的高温能够让氘氚发生聚变反应。聚变产生的中子撞击外围裂变物质，引发新的核裂变链式反应。如此便更充分地利用了裂变物质，最终释放的能量是原来的两倍多。鉴于这样的设计，其同时运用了裂变材料铀，以及聚变材料氢的同位素， ，这般设计也被称作“氢铀弹”（Bomb）。
第二种方案，是由特勒（）以及乌拉姆（Ulam）所提出的，因而也被称作特勒 - 乌拉姆方案，特勒被认定为氢弹之父，在电影《奥本海默》里，特勒以反派的角色现身，在听证会中给出对奥本海默不利的证词。
称为二阶段热核武器的这种方案设计氢弹，由两颗上述所说的聚变增强裂变核弹构成，其中一颗称作初级核弹，另外一颗称作次级核弹。在第一阶段，常规爆炸将初级核弹引爆。在第二阶段，初级核弹爆炸之际产生的高能X射线把次级核弹引爆。此过程被叫做辐射内爆，它较第一阶段效率更高，所释放的能量比初级核弹大得多。这种方案把聚变增强裂变、裂变增强聚变两种技术结合起来，所以能够更充分地释放能量。
作者简介
陈少豪，拥有清华大学物理学学士学位，取得清华大学原子分子物理博士学位，曾身为美国科罗拉多大学博尔德分校博士后研究员，先后于路易斯安那州立大学任职，亦曾于波士顿大学任职，而今在麻省理工学院就职，从事高性能计算方面的工作。
本文受科普中国·星空计划项目扶持