原子彈

核分裂：支持原子彈的重大理論

- 納粹德國的核武器開發計畫 -

1939-1944

下圖：德國的一座實驗用核反應爐。

1938年，納粹德國科學家哈恩和史達斯曼發現了核裂變，也就是以一個中子撞擊一個原子，使該原子強制釋放出能量及更多中子，若所釋放的中子繼續參與反應，將產生極度龐大的能量。

他們把這個現象刊登在《自然科學》雜誌上，根據此研究，當時多數的科學家均認為製造原子彈是可行的，但仍停留在理論階段，也沒有多少科學家希望原子彈被發明。

二次大戰開始後，

製造原子彈的想法也開始萌芽...

納粹德國的核武器發展

在二戰期間，納粹德國的作戰部雖然隸屬於希特勒之下，但希特勒授權作戰部不必把所有事情說給他聽。

1939年，德國漢堡大學的一位教授建議作戰部製造原子彈，但不能給希特勒知道。

作戰部命令所有的科學家誤導希特勒，讓希特勒以為核能只能用於和平用途。

而那些科學家成功了，希特勒自始至終都不知道此事。

作戰部方面，雖然有製作核彈的能力，但一直都沒有做出來。

由於納粹德國對德國本土的猶太人的迫害，

使得許多猶太人科學家逃到美國避難，

在當中，很多人提醒美國當局，

德國人正在製造一種「超級武器」。

當時許多科學家擔心德國製造出核武器，

希望美國政府能夠先行研製，因此，

他們找到了愛因斯坦。。

1939年8月2日，愛因斯坦與其他幾名科學家

一同致信美國總統羅斯福，建議美國政府

務必在納粹德國前研製出核武器，

而羅斯福最終被說服。

「曼哈頓計畫」就此展開。

日本是二次大戰中與德國同屬軸心國的國家，

在老大哥德國開始核研究之後，日本也跟著進行

核試驗。

日本在核研究上的貢獻比德國要少得多，而且

常出問題，日本核試驗開始於1940年，結束於1945年。

二戰中，日本本土的多數反應爐被美軍鎖定為危險設施，大多被轟炸毀壞。

舞台再次回到日本。

1945年，美國向日本發出警告，

8月6日將會在廣島、小倉、長崎

三座城市之一投下原子彈。

日本認為當中軍事機構密度最高的長崎將成為目標。

而美國則派出三架B-29轟炸機，同時飛往三座城市，

但是其中只有飛往廣島的那一架中，

搭載了「小男孩」－那是一顆小型原子彈。

這一顆原子彈採用威力集中的槍式觸發機構。

「他」比一般飛彈要小，威力卻是其上百倍。

然而，這個原子彈並未投向長崎。

而是廣島。

另一顆原子彈－內聚式的「胖子」

則在三天後投向長崎。

背景圖就是往後被日本人稱作「地獄火鳥」的

美軍B-29轟炸機。

人類歷史上首次核爆：1945年7月16日

曼哈頓計畫的三位一體(Trinity)原子彈。

使用強力炸彈觸發丸狀彈頭產生核分裂。

1945年

美軍在日本的廣島和長崎

投下了兩顆原子彈

結束了第二次世界大戰

今天絕大部分國家都簽署了不擴散核武器條約

逕自進行核武器試驗的國家

將會遭到國際譴責

原子彈，是具有終結人類

文明能力的武器。

原子彈，是人類所有實體

武器中的最強者。

所以，

原子彈到底是什麼樣的武器？

它為什麼足以終結人類文明?

此照片拍攝於爆炸後0.025秒，

位於地面的黑點是樹木。

此次爆炸的大小相當於2萬噸爆炸當量。

槍式原子彈

「小男孩」

－原爆前後的廣島－

原子彈的運作原理

核裂變連鎖反應

原子彈的運作原理

爆炸觸發裝置

原子彈的運作原理

爆炸觸發裝置

利用爆炸的衝擊力使其產生碰撞稱為槍式；

像煙火一樣圍繞在周圍同時壓縮，

稱為收聚式或內爆式，三位一體即為收聚式。

要觸發爆炸不能只有彈頭，因為當彈頭達到了臨界質量時將難以控制爆炸的發生。

解決方法是將彈頭分成多顆金屬球(做成球狀要達到臨界質量所需的材料較少)，這樣稱作亞臨界狀態。

在原子彈的尖端，與彈頭同處一室的還有別的東西。

高能炸藥能夠推彈頭一把，用來啟動連鎖反應，被分開的彈頭受衝擊將被壓縮在一起，達到臨界質量。

若是在中途散失了中子也無法繼續連鎖反應，因此需要有一個中子反射殼－通常是使用鈹或貧鈾來製作，用來反射反應過程所產生的中子，從而使得中子能重回反應系統，繼續連鎖反應。

槍式需要的炸藥量較少、

引爆速度較快，

威力集中而定點爆炸力強大。

但收聚式相對核材料的利用率較高。

鈾-235和鈽-239這種重原子核在中子的轟擊後，通常會分裂變成兩個中等質量的核，同時再放出2到3個中子和約達1602.18焦耳(亦相當於6703.51大卡)的能量，這就是核分裂。

這些中子被放出來之後，能夠有效地不斷增值的話，最終會引發持久的連鎖反應。能令中子在裂變開始後有效增值的裂變材料質量稱作臨界質量，因此原子彈的核彈頭必須高於臨界質量才能運作。

這樣的系統可以在極短的時間內釋放出大量的能量－當產生的中子數平均為兩個時，一公斤的鈾或鈽裂變材料在不到一微秒的時間內，便能產出相當於2萬噸當量的能量。

另有一種槍型收聚式，

利用率與炸藥使用量都能保持在最佳狀態，但只能使用於小當量彈頭。

內聚式原子彈

「胖子」

爆炸當量是一種衡量爆炸規模的能量單位，

一千噸爆炸當量等於10^12大卡，

相當於4.184×10^12焦耳。

目前有風速記錄的熱帶氣旋的一分鐘平均能量

相當於8.6噸爆炸當量。

東日本311大地震的能量相當於

9.32×10^6噸爆炸當量。

白堊紀末期造成恐龍滅絕的小行星撞擊能量

相當於一億噸爆炸當量。

目前核武器中當量最大者為蘇聯的沙皇炸彈，

能量相當於5000萬噸爆炸當量。

核武器的當量也不一定要很大，世界上最小的

核武器「大衛克羅無後座力砲」，重量只有

23公斤，可以選擇配備10或20噸爆炸當量的

核子彈頭。

－原爆前後的長崎－

以上是人類藉著原子的力量，試圖製作最強武器的歷史。

從美國與軸心國與蘇聯的核子賽跑，到廣島和長崎原爆；從Baker核汙染事件，一直到第一個氫彈常春藤麥克；從美國的大衛克羅無後座力砲，再到蘇聯的沙皇炸彈。

然後也許因為人類開始學會了制約，一起簽署了《不擴散核武器條約》。

今天，我們大多以核能作為和平用途，

像是核能發電也是其中之一。

然而所謂和平用途之中所隱藏的弊端，卻不亞於核武器所造成的損害，現在的問題是：

擁有核能的人類，能夠達成真正的和平嗎？

在發展核能的歷史之中，人類真有學會省思嗎？

答案，恐怕是否定的。

美國在二戰以後亦有進行多次大型核試驗，其中比較知名的有造成Baker核汙染事件的十字路焙客(Crossroads Baker)、第一枚熱核彈溫室喬治(Greenhouse George)、第一枚氫彈常春藤麥克(Ivy Mike)、第一個火炮彈道核武器節孔伽堡(Knothole Grable)、導致第五福龍丸事件的城堡讚嘆(Castle Bravo)等五枚原子彈，它們的試爆對美國社會乃至於全球社會有重大影響。

美國目前已對外宣稱不再進行核試驗。

溫室行動(Operation Greenhouse)是於1951年在

太平洋馬金卡里庫島啟動的高空核試驗，該次核試驗測試了大狗(Dog)、易惜(Easy)、喬治(George)、實體(Item)等四枚原子彈。

此次核試驗溫室喬治和溫室實體兩枚原子彈首次在彈頭中加入氫的同位素－H-2「氘」和H-3「氚」。

溫室喬治是第一枚真正的熱核彈，使用氫的核融合反應造成殺傷力，如同在太陽內部發生的那樣。

不過溫室喬治必須配備一種環形的核反應裝置，並不適合作為武器使用。

圖中的溫室實體則是以氚替代傳統炸藥為原子彈助爆。

1946年，美國在太平洋比基尼環礁的潟湖啟動十字路口(Operation Crossroads)核試爆行動，是次核試爆預定測試空投原子彈亞伯(Able)、水面原子彈焙客(Baker)和深水原子彈查理(Charlie)三枚原子彈，均採用槍式觸發機構。

第二次焙客核試驗所使用的十字路焙客原子彈便是導致Baker核汙染事件的原兇。

十字路焙客在水面試爆時，引發了一次高輻射海嘯將所有標靶船艦汙染，之後美軍士兵試圖以水清理被汙染的標靶船艦，但美軍從海中抽上來的水已經因為大規模海嘯的輻射擴散而被汙染，因此無助於減少輻射劑量。

後來有一位老軍官在後期輻射測量中找到了放射性劇毒金屬鈽，推測所有參與清理的士兵可能都已經攝入鈽，於是美軍便中止了十字路口行動。

背景圖為十字路焙客試爆時產生的水牆。

1954年城堡行動(Operation Castle)的原子彈

城堡讚嘆(Castle Bravo)試爆時衝擊波擊中了

路過的日本漁船「第五福龍丸」，

造成第五福龍丸事件。

城堡行動還測試了羅密歐(Romeo)、

庫恩(Koon)、聯盟(Union)、洋基(Yankee)、

瓊漿(Nectar)等五枚原子彈。

世界上最小的和最大的核武器分別是美國的

「大衛克羅無後座力砲」(Davy Crockett)及

前蘇聯的「沙皇氫彈」(Tsar Bomba)。

大衛克羅無後座力砲的威力只有10當量，但

足以造成相當大的核汙染。

沙皇氫彈則是大到不能再大的地步，整枚氫彈

重達27噸，具有5000萬當量的威力，雖然強大

但因為實在太重而無法應用於實戰。

《不擴散核武器條約》簽署於1968年7月1日，由英國、美國、蘇聯和其他59個國家締結簽署的一項國際條約。宗旨是防止核擴散，推動核裁軍和促進和平利用核能的國際合作。現在大多數國家參加這項條約。而沒有簽署這項條約的國家包括印度、巴基斯坦和以色列，北朝鮮則已宣布退出。

目前對於印度、巴基斯坦、以色列及北朝鮮都有證據

指出這些國家有逕自進行核試驗的現象。

北朝鮮曾多次對外公開宣傳「裂變能導彈測試」，並也曾以核武器威脅南韓加速統一，而根據此條約，目前被允許持有核武器的國家只有美國、俄羅斯、英國、法國和中華人民共和國，所以，北朝鮮是不被允許持有核武器的國家中唯一高調表明持有核武器的國家。

由於條約的簽署，強國核競賽最終在一片相互懷疑的陰霾中落幕。

常春藤行動(Operation Ivy)是一次在馬紹爾群島進行的兩枚高當量原子彈的核試驗，分別是氫彈麥克(Mike)和超大型原子彈國王(King)。

常春藤麥克的當量值高達1040萬噸，使用液態氫彈頭，以一般原子彈觸發氫原子進行核分裂後再核融合，藉此創造巨大殺傷力。當時常春藤麥克甚至直接夷平了爆心所在的島嶼，該島在引爆後直接消失。

超大型原子彈常春藤國王當量超過50萬噸，是當時世界上最大的裂變式原子彈。

背景圖中的蘑菇雲便是麥克所造成。

原子彈

終結第二次大戰的最終武器

ATOMIC BOMB