第699章 枪式！内爆式！核弹小型化！【瘦子】【胖子】【小男孩】！

原子弹的基本原理很简单。

只要铀235的质量超过临界质量，“点火”中子源释放中子，就能启动链式反应。

基于这个原理，洛斯阿拉莫斯实验室理论部的诸多大佬们，很快就想到了一种简单结构。

这种结构被命名为【枪式】，属于简单粗暴的物理拼装。

枪式原子弹一般是细长圆柱形，整体结构和炮弹很类似。

枪式的核心原理是：

“通过高能炸药产生的冲击波，将两块亚临界质量的核材料在毫秒级时间内拼接在一起。”

“然后在合并的一瞬间，启动点火中子源，释放中子，发生链式反应。”

在枪式原子弹中，两块核材料被分别置于钢管的两端，后端核材料的后面装有高能炸药。

起爆后，冲击波使后端核材料以300m/s的速度撞击到前段核材料，从而引爆。

这种方式很像寻常枪械中火药的推动过程，所以被命名为“枪式”，也称为“子弹法”。

这种方式的优点就是结构非常简单，技术门槛很低，甚至不需要复杂的核试验就能制造。

然而，枪式原子弹的缺点也很明显。

第一，威力有上限。

前后两端的核材料的质量必须低于临界质量。

也就是说，原子弹中核材料的总质量最多是临界质量的2倍，上限被锁死。

第二，材料利用率极低。

两块核材料中，能够发生裂变的材料只占1.5%，剩下的材料来不及反应就被炸飞了。

第三，“早燃”现象。

不管是铀原子核还是钚原子核，自然状态下都会自发地裂变，并释放出中子。

因此，有可能出现一种巧合的现象：

即两块核材料在充分接触之前，点火中子源还没开始发射中子时，就因为核材料的自发裂变，从而启动链式反应。

如此一来，爆炸效率将大大降低。

当然，这种情况很罕见。

正是由于这个原因，所以枪式结构只适用于铀235，而无法适用于钚239。

因为钚239的自发裂变概率远远大于铀235。

然而，当时铀235的量只够制造一枚枪式原子弹，无法进行这种结构的试爆试验。

换言之，枪式到底行不行，必须要验证一下。

于是，奥本海默大手一挥：

“利用钚239再制造一枚枪式原子弹，必须确保铀弹的可行性。”

这里大家可能纳闷：

“不是说枪式不适合钚239吗，怎么还要硬做？”

这里的不适合只是风险大而已，并不是一定不行的意思。

有了奥本海默的死命令，理论部的大佬们很快拿出了解决方案。

他们把钢管的尺寸加长，这样一来，两个钚块距离更远。

而且后端钚块起爆后能获得更高的速度，降低自发裂变的影响。

最后，科学家一共制造出两枚枪式原子弹，它们的代号就是大名鼎鼎的【小男孩】和【瘦子】。

后者的长度是前者的2倍。

——

【小男孩】

类型：枪式铀弹；

装载核材料量：64kg铀235；

尺寸：长3米，直径0.71米，重量4.4吨；

tnt当量：理论2万吨，实际1.5万吨。

定位：实战弹，投放樱族广岛；

【瘦子】

类型：枪式钚弹；

装载核材料量：6.2kg钚239；

尺寸：长6米，直径0.61米，质量3.4吨；

tnt当量：理论3万吨，预计5000吨，实际2万吨。（远超预期）

定位：试爆弹；

——

小男孩一共装有64kg的铀235，但只有不到1kg的铀235发生了核裂变。

甚至更是只有不到1g的铀235真正转换为能量。

枪式结构的材料利用率确实低到令人心疼。

不然的话，樱族的投降或许还能更早点。

枪式原子弹的设计原理敲定后，计划还在继续，因为钚239还有剩余，不能浪费。

但把钚239用于枪式，毕竟还会有隐患在。

因此，奥本海默需要为钚239设计一种新的引爆结构，再制造一枚原子弹。

于是，他把目光看向了第二种设计方案：内爆式。

这是一种精密控制的向心压缩引爆方法。

其核心原理是：

“中心有一个低于临界质量的大块核材料，然后在其周围均匀环绕着偶数个小块核燃料。”

“每个小块核燃料的后面都有等量的高能炸药。”

“接着，同时点燃高能炸药，产生的向心冲击波将所有小块核燃料全部挤到中心，与那个大块核燃料合并，超过临界质量。”

“然后点火中子源释放中子，启动链式反应。”

由于采取了环绕式的结构，所以内爆式原子弹的外形像一个身体大头脚小的大胖子，并不是笔直的结构。

根据原理就能看出，内爆式设计的技术复杂度极高。

需要精确控制小块核燃料的起爆时间和方向，形成均匀压缩波。

这个过程需要大量且复杂的数学计算，主要是各种偏微分方程。

后世大家经常听到“算盘打出原子弹”的说法，算的就是这些东西。

前面说过，不管是美国还是后来的华夏，其实采用的都是计算机计算。

只有几个关键方程和参数，才需要人工仔细核对，算盘用途没有想象中大哈。

而且改动其中任何一个尺寸参数，都需要重新计算。

比如，把8个小块改成10个小块，原子弹的威力是提高了，但小块的动力学模型又变了。

洛斯阿拉莫斯实验室理论部中，冯·诺依曼、泰勒、费曼等大佬负责的就是这部分的计算。

而且研究内爆式的小组足足有600名成员，可见其难度。

虽然内爆式原子弹的设计非常复杂，但是优势也显而易见。

第一，内爆式设计可以同时适用铀235和钚239。

因为相比枪式的两块核材料相撞，内爆式是好几块甚至十几块同时相遇才会爆炸。

就算某一块自发裂变了，也不影响整体的功能。

因此，“娇气的”钚239可以放心采用这种结构。

第二，材料利用率高。