奥本海默电影海报的大背景，就是内爆式原子弹的原理样机，这也是洛斯阿拉莫斯实验室最重要的科研成果。

原子弹之所以能产生巨大能量，一是需要链式反应，必须有足够的高浓度铀或钚，再者还要精算解决原子弹的结构问题，电影里并没有具体描述相关原理，只提到了枪式结构和内爆式结构。

尽管电影一笔带过，确是原子弹研发的重要环节。那咱们就来聊聊这一话题。

在聊原子弹结构之前，先来说说核裂变。

核裂变是原子弹理论的重要基础，这个现象被发现是个偶然。二十世纪最重要的两大物理学家，一个是爱因斯坦，另一个是普朗克。其中普朗克除了推导出玻尔兹曼常数、进行热辐射系统研究等耳熟能详的伟大成就外，还有一项最大的贡献，就是能量量子化，也由此拉开了量子力学的大幕。顺便一提，普朗克的继任者就是薛定谔。

受到普朗克的影响，他的学生莉泽·迈特纳联合另一个德国物理学家奥托·哈恩，开始了超铀原子的研究，起初二人是用游离质子轰击铀原子，试图制造比铀重的元素，但一直没有成功。奥托·哈恩用非放射性的钡作标记，不断地探测和测量放射性的镭的存在，如果铀衰变为镭，钡就会探测到。然而这个方法也一直失败，用集束粒子流轰击铀，没有得到镭，只探测到了更多的钡，而且钡远远多出了实验开始时的量。莉泽·迈特分析了研究报告，发现质子的增加使铀原子核变得很不稳定，从而发生分裂。于是他们又做了一个实验，证明当游离的质子轰击放射性铀时，每个铀原子都分裂成了两部分，生成了钡和氪，这个过程还释放出巨大的能量，核裂变的过程就这样被发现了。

接下来的一年里，越来越多的科学家开始不断证明铀原子核裂变现象，这其中就包括奥本海默的团队，由路易斯·阿尔瓦雷斯复现了这个实验。也就是这个时候，全球的科学家都意识到，核裂变可以用于制作重型武器，原子弹的设想成为现实。

既然可以利用核裂变制作武器，那么原子弹应该怎么运作呢？在众多科学家已经解决技术难题的前提下，现在看起来很简单，就是靠控制核装药的临界质量来实现的，即把多块小的核材料凑成一块达到临界质量的核材料。爆破原理就是核材料发生裂变链式反应，即重原子核受到中子轰击之后分裂成两个较轻的原子核和 2-4 个中子并释放了大量能量，而释放的中子又会继续轰击别的重核，然后别的重核裂变继续产生 2-4 个中子和能量，发生裂变的原子数量以指数形式上升，这样“扩散性” 的核裂变就称为链式反应。类比来看，1 公斤铀 -235 全部裂变释放的能量相当于 2700 吨煤燃烧放出的能量。

当然了，链式反应要持续进行必须达到一个临界质量才行。所谓临界质量是指在一定条件下，核裂变物质能够发生自持链式反应的最低质量。临界质量不是定值，受到形状、密度、性质等影响，其中裂变材料装量 / 质量一定的前提下，其密度越大，临界质量越小。

所以原子弹想要通过链式反应产生巨大的能量就必须有足够的高浓度铀或钚，所以必须要把核裂变物质分成几部分，爆炸的时候再让它们在极短时间内合并在一起达到临界质量，这就涉及到原子弹的结构问题，电影里也提到了枪式结构和内爆式结构。

所谓枪式，是指一部分装药按枪管构造射向另一部分装药。简单来说，枪爆式把核材料分成两部分，每部分都小于临界质量，爆炸时利用化学炸药爆炸产生的能量将一部分核材料高速推向另一部分核材料，两部分核材料合并到一起达到临界质量，产生核爆炸。

所谓内爆式，就是把周围的核材料压缩到中心位置，达到临界质量爆炸，即利用散布在周围的常规炸药产生的能量将核裂变物质在极短时间内向中心压缩，压缩后密度开始增大，临界质量开始变小。当密度达到一定值时，核材料的临界质量下降到到原子弹内部核材料的填充质量，与此同时中子源产生中子点燃链式反应，产生核爆炸。

两种方式对比来看，内爆式要好于枪式，因为枪式核材料利用率低，比较浪费，而且容易出现早燃现象，装药通常只是铀，而内爆式装药少，反应率高，核材料利用充分，装药可以用铀也可以用钚。包括美国第一颗原子弹，也都是内爆式。不过轰炸日本的两颗核弹，“小男孩”属于枪式，而“胖子”属于内爆式。

想手动做原子弹试试行不行的朋友，可以买这本书去看看。

（作者为中核战略规划总院 苏杨）