原子彈係什麼?

核武器，利用核反應的光熱輻射、衝擊波和感生放射性造成殺傷和破壞作用，以及造成大面積污染，阻止對方軍事行動以達到戰略目的的武器。主要包括裂變核武器(第一代核武，通常稱為原子彈）和聚變核武器（亦稱為氫彈，分為兩級及三級式）。亦有些還在武器內部放入具有感生放射的輕元素，以增大輻射強度擴大污染，或加強中子放射以殺傷人員（如中子彈）。核武器也叫核子武器或原子武器。

裂變核武器

裂變核武透過核裂變釋放能量。重核子如鈾或鈽在中子轟擊下產生裂變，分成為較輕的核子，同時釋放更多的中子，造成連鎖反應。傳統上裂變核武稱為原子彈。（其實這名稱有問題，因為一般的化學反應所釋放的亦是原子間的原子鍵能量。而所謂核子彈或聚變武器，跟原子彈或裂變核武，根本是在一樣的核子層面發生。)

大部分的裂變核武是使用化學炸藥，把在臨界質量以下的鈾-235或鈽擠壓成超越臨界質量的一塊，然後在中子照射下產生不受控的連鎖反應，釋放大量能量。起爆的方式可分為鎗式和內爆式。美國第一枚投擲在日本廣島的核武小男孩即為鎗式起爆的鈾彈。第二枚投擲在長崎的胖子為內爆式起爆的鈽彈。

一磅的鈾-235可放出大約三千七百億焦耳的能量，約為82太焦耳/公斤 (TJ/kg)。一般的連鎖反應只維持一微秒 (μs)，功率約為82 艾瓦/公斤 (EW/kg), 或每原子 200兆電子伏/秒。

聚變核武透過核聚變釋放能量。輕核子如氫或氦結合成較重的元素，同時釋放大量的能量。使用聚變過程的武器亦常被稱為氫彈，因為氫是聚變的常用材料。聚變核武有時亦稱熱核武器，因為它們的連鎖反應需要更高的溫度啟動。

一般的氫彈會先引爆作為前級的裂變彈，造成足較的溫度及壓力，之後的後級聚變才會開始。後級可以無限制地連鎖起來，製成比普通裂變強力很多的核武。

一個核子武器的能量主要通過四種機制放射出來：

衝擊波 40%-60%
熱輻射 30%-50%
原始粒子輻射 5%
殘留放射性（放射性塵埃） 5%-10%
能量以何種形式被釋放還要仰賴武器的設計以及爆炸時的環境。放射性塵埃的能量釋放是持續的，而其他三種都是立即的短暫的爆發。

這最初三種機制釋放的能量根據炸彈的尺寸而有區別。熱輻射機制相對於距離衰減最緩慢，所以越是大當量的核彈，這種機制就越顯得重要。粒子輻射被大氣強烈吸收，所以他只在小威力的爆炸中體現出重要性。而衝擊波效應的衰減，是介於上述二者之間的。 在爆發的一瞬間，核裝藥在一微秒內達到平衡溫度。在這一時刻，大約75%的能量都以熱輻射形式，特別是以軟X射線的形式存在，而其他的殘餘能量則都表現為武器碎片的動能。接下來，這些軟X射線和碎片怎樣與周圍媒質作用就成為衝擊波和光以及粒子之間怎樣分攤能量的決定因素。總的來說，若是在爆心周圍物質很密集，那麼它們將非常有效的吸收能量，衝擊波的強度將會被加強。 當爆發在接近海平面的大氣中進行時，絕大多數的軟X射線將在數英尺內被吸收。一些能量轉而形成紫外線、可見光和紅外波段的輻射，但更多的被用來加熱空氣，形成火球。 在高空的爆發中，由於空氣密度的降低，軟X射線更趨向於行走更長的距離，在它們終究被吸收後，只有更少量的能量用來推動衝擊波（海平面的50%或更少），而剩餘的都轉化為其他形式的熱輻射。

核裂變，又稱核分裂是指由重的原子，主要是指鈾或鈈，分裂成較輕的原子的一種核反應形式。 原子彈以及裂變核電站的能量來源都是核裂變。 其中鈾裂變在核電廠最常見，加熱後鈾原子放出2到4個中子，中子再去撞擊其它原子，從而形成「鏈式反應」而自發裂變。撞擊時除放出中子還會放出熱，再加快撞擊，但如果溫度太高，反應爐會熔掉，因此通常會放控制棒（硼製成）去吸中子以降低分裂速度。

2006-12-07 18:31:14 補充：
原子彈是利用原子的核心（即核子）分裂時產生的強大爆炸力而製成的。自然界中，鈾元素235 (Uranium 235) 的原子是可以分裂的，但鈾礦中絕大部分是不可分裂的鈾238，怎樣從鈾礦中抽取純鈾235曾是研製原子彈的一個難題；但是科學家發現鈾238在核反應堆中居然會轉化成另一種可分裂的元素鈽 239 (Plutonium 239)，於是除了鈾之外，科學家們又多了一種可製造核武的材料。美軍當年投在廣島的原子彈是用鈾造的 (Uranium bomb)，而三日後投在長崎的第二枚卻是鈽彈 (Plutonium bomb)。

原子彈是利用原子的核心（即核子）分裂時產生的強大爆炸力而製成的。自然界中，鈾元素235 (Uranium 235) 的原子是可以分裂的，但鈾礦中絕大部分是不可分裂的鈾238，怎樣從鈾礦中抽取純鈾235曾是研製原子彈的一個難題；但是科學家發現鈾238在核反應堆中居然會轉化成另一種可分裂的元素鈽 239 (Plutonium 239)，於是除了鈾之外，科學家們又多了一種可製造核武的材料。美軍當年投在廣島的原子彈是用鈾造的 (Uranium bomb)，而三日後投在長崎的第二枚卻是鈽彈 (Plutonium bomb)。

原子彈的發明當然不是靠一個人的力量。十九世紀末，科學家發現了放射現象(Radioactivity)，由此揭開了人類探索原子結構的序幕。當時一些科學家已提出原子能可以發展出大型武器，但也有科學家認為這只是鏡花水月的空想。一九三八年十二月，德國人漢恩（Otto Hahn）在柏林的實驗室意外地把鈾原子分裂，當時他還不知道自己做了一個歷史性的實驗，更把那些令他疑惑的數據寄給流亡在瑞典的舊同事梅特勒（Lise Meitner）。梅特勒是一位出色的女科學家，她是奧地利人，和漢恩合作多年，但因其猶太血統而被迫離開德國。兩個月後梅特勒就憑著漢恩的實驗數據在自然雜誌(Nature)發表了核分裂的論文。當時是一九三九年，納粹德軍已經在歐洲燃起戰火，一個那麼關鍵的科學突破，發生在一個充滿危機的歷史時刻，可想而知它所引起的關注，結果各地科學家都紛紛研究核能的釋放方法及用於戰爭中的可行性。

二次大戰爆發後的第三年，即一九四二年，美國開展了一個稱為『曼哈頓』的絕密軍事計劃 (Manhattan Project) 。你或許已經猜到這個就是研製核武的軍事單位，指揮這個計劃的是格羅夫斯將軍 (General Leslie R. Groves)，他負責調動人力物力，而真正領導一眾科學家及工程師的是奧本海默 (J. Robert Oppenheimer) 。他們在洛斯阿拉莫斯(Los Alamos) 秘密進行原子彈的設計和裝崁，克服一個又一個的技術難題。很多因戰爭由歐洲流亡到美國的傑出科學家都參與了這個研究，當中包括意大利物理學家費米 (Enrico Fermi)，他在芝加哥大學研究並製造了第一個核反應堆，成為整個計劃的成功關鍵。

一九四五年七月，第一枚原子彈在美國新墨西哥試爆成功了。研究人員用了不足三年時間，就把核能由理論階段發展為史無前例的龐大武器，這個可算是人類科技史上的一個奇蹟。

至於德國，她在戰前所擁有的現代物理優勢並沒有幫助納粹德軍造成第一枚原子彈，這也算是人類之福吧！讀科學的同學都知道量子物理學中很重要的海森堡測不準原理 (Heisenberg Uncertainty Principle)，這位著名的物理學家海森堡就是主持德國核武研究的人，但是他並沒有像其美國對手奧本海默般成功；而他在戰爭中究竟擔當了甚麼角色，到超過半個世紀後的今天仍然是一個歷史課題。另外值得一提的是，那位成功分裂了鈾原子的科學家漢恩後來因此得了諾貝爾化學獎，這個獎頒發得當不無爭議，除了因為兩枚原子彈在戰爭中造成嚴重的人命傷亡外，亦有人替梅特勒得不到這個獎而感到不公平。

戰爭是慘痛的，而戰後各國在發展和運用原子能方面的競賽，至今仍未停止過。但若我們純粹由科學歷史的角度去回看核武發展過程的人物、戰爭中核材料的爭奪、還有很多當時不為人知的軍事行動，這段歷史是很值得一讀的。有興趣的讀者可以參考以下的資料：

Now it can be told: the story of the Manhattan Project (QC733 A1 G7 1983)

Picturing the bomb: photographs (QC773 A1 F47 1993)

Brighter than a thousand Sun (QC773 .J813 1958)

The Day after Trinity (Media UG1282.A8 D3 1987)

National Atomic Museum