原子彈「小男孩」爆炸時為何只有很少比例的鈾原子發生裂變？

01-06

根據維基百科http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_bombings_of_Hiroshima_and_Nagasaki#The_bombing，「小男孩」爆炸時只有1.7%的鈾-235發生裂變。未發生裂變反應的原子發生了什麼？
研發原子彈時，是否曾經有人擔憂原子彈會「引燃」大氣層？如果有，（1）所謂「引燃」的具體概念是什麼？（2）最後為何否定了這種擔憂？（3）對於以後的核武器是否有這種擔憂？

僅限於物理方面的做討論和回答。

沒想到這麼快就得到了過百的贊同，實在太感謝大家的支持了。為了表示感謝，我再多補充一些內容如下。

1 「小男孩」爆炸後，未裂變的那98.3%的鈾235能起到核輻射的作用嗎？答案是否定的，因為鈾235的半衰期長達7億年，實在太穩定了。相比之下，裂變之後的產物放射性極強。比如典型的鈾235裂變，會產生氪92和鋇141，它們的半衰期分別是2秒和18分鐘。而衰變以後的產物依然有強烈的放射性。雖然裂變以後的產物只佔總重量的1.7%，但放射性比那剩下的98%要強上億倍。實際上，人們認為鈾作為重金屬的生物毒性要比它的輻射毒性強得多。

2 原子彈可以做到只有50公斤嗎？沒錯，實際上還可以更小。50公斤是1956年美國設計的第一代聚變增強原子彈的重量，它的實際重量是47.6公斤，長58厘米，直徑29.5厘米，當量1.5萬噸，和小男孩相當，而小男孩重達4噸。在那之後，五大流氓繼續推進核武器的小型化，比方說：1962年測試的核炮彈，重23公斤，當量據說可以達到1000噸。但考慮到發射人員的自身安全，實際當量降到只有10或20噸。不過23公斤基本上也是下限了，「手提箱核彈」至今還是個傳說，無法證明其真假。另一方面，氫彈由於至少有兩級，不可能做得這麼輕，但當量大得多。比如三叉戟導彈以前裝的W76彈頭，重160公斤，當量達到100萬噸。

3 關於原子彈「引燃」大氣的擔憂，似乎不是都市傳說，當初確實有科學家擔心這個，還是大名鼎鼎的費米。根據格羅夫斯將軍的回憶，費米在「三位一體」核試驗前很緊張，他擔心核爆炸是否會引爆大氣中的氮和氧，進而毀滅全世界。其他幾位科學家也討論了這個問題，結論是可能性很小，但沒人打包票。

當然，我們現在知道這純屬杞人憂天了。氮、氧的聚變所需要的條件之苛刻，就連太陽也永遠做不到，更不用說小小的地球了。舉例來說，氧燃燒需要20億度的高溫和5000噸/cm3的超高密度才能做到。更重要的，核聚變連維持自身反應速度都做不到，更不用說像核裂變那樣的指數型加速爆炸了。恆星內部可以維持持續的核聚變是因為引力帶來的巨大、持續壓力，但地球上可沒有這麼好的條件。

除非物理學發生什麼翻天覆地的變化，否則完全不用擔心未來的核武器會引爆大氣。

-----------------------------以下是原回答--------------------------------

「小男孩」核彈雖然名氣很大，但實際上使用的是一種相當保險卻落後的技術。正如你所說，在爆炸時只有1.5%發生核裂變，剩下的50公斤鈾235就被炸成碎片散落地面，沒有任何用處。

在長崎爆炸的「胖子」核彈採用內爆法，效率遠超小男孩，有20%的鈈發生裂變，剩下的5公斤鈈也是散落地面了。

之後的原子彈基本上都採用內爆法，但是進行了進一步的改進，主要著眼於盡可能長時間地把鈈壓縮在一起，即使保持數百納秒的時間也能大大增加核爆威力。

但這種壓縮畢竟是有限度的，進一步的提升就是聚變增強彈，也就是說在中心注入氘氚混合氣體。在原子彈爆炸時，氘氚會發生核聚變，聚變產生的能量可以忽略不計，但聚變產生大量的中子，這些中子可以引發更多的鈈和鈾的裂變，從而大大提升威力。注意這還是原子彈，不是氫彈。

不過題主的問題很難找到答案，凡是涉及到核武器的數據都很難查到。而且後面這些改進的主要目的並不是提高鈈的利用效率，而是讓核武器小型化。當年的小男孩、胖子核彈都重達數噸，但聚變增強型的一枚核彈只有不到50公斤重，威力卻和小男孩相當。

至於核彈引燃大氣層的說法，我找不到原始資料，再說實踐已經證明這一擔心純屬多餘。

未發生裂變的鈾原子被炸飛了。被炸飛的鈾碎片達不到臨界所以不繼續進行反應了

引燃應該說的是核彈引發空氣中的原子發生聚變，實際上還是很困難的

原子彈能爆炸原理其實很簡單，就是幾塊亞臨界質量的鈾235或者鈈靠的足夠近就可以持續發生鏈式連鎖反應。小男孩採用的是槍式觸髮結構，幾塊亞臨界質量的鈾離得足夠遠（其實幾毫米就不能爆炸），後引爆tnt後將幾塊鈾塊推到一起就發生了反應，但是持續不到幾微秒就被釋放的能量炸開了，炸開的鈾反應毛線啊。

臨界質量是個很麻煩的事情，少一點中子量就不夠持續鏈式反應。

其實這個問題應該問，為什麼在那麼大的能量下，爆心的鈾沒有被外圍的壓強壓迫持續聚合在一起而是散開了是為什麼。

BBC那個廣島原子彈的節目確實提到，美國試驗原子彈前有人這麼說過

（可能是調侃，但也可能是嚴肅的。畢竟美國人對這種新武器了解不夠透徹，以至於依靠活人試驗確認放射危害，以及算錯核彈當量）。

實際上嘛。。。如果引燃是指普通氧化反應燃燒的話，大氣層里沒有燃料。

如果是指引發大氣層核聚變。。。。前幾年有彗星撞擊木星，釋放的能量遠超核彈，木星還是氫為主的行星。照樣沒把木星點著。

球體壓縮方案，炸藥引爆球面聚心波匯聚球心，球體體積膨脹，球面聚心波會減弱。球心壓力變化：P=P。（r。/r）^k。球體體積變化影響球面聚心波的壓力。影響壓縮效果，球體壓縮對稱是與起爆點及位置相關。正十二面體就是嚴格球體壓縮對稱的設計，每一面是五邊形。球面聚心波匯聚在球體中心時，球心出現一個空洞，導致球體體積膨脹，球體密度發生擴散效應，球體壓縮效果隨直徑發生變化。壓力也會隨球體半徑發生變化。這是內爆方案的關鍵。也是研製核武器的關鍵。

我想問下，未反應完的鈾和鈈為什麼沒有造成長期污染？廣島長崎後來不都住滿了人么

TNT是作為引線，他爆炸的能量傳遞給鈾來進行裂變反應，作為美國第一代原子彈，也僅僅能做到發生裂變反應，但能量傳遞的均勻性等因素是沒有考慮在內的……

因為小男孩是搶式引爆，效率不理想，好像是六十公斤的核燃料只有一公斤多點裂變了

鏈式反應也是需要時間的。當兩塊鈾擠到一塊後，核反應放出大量的熱會使鈾塊的溫度和壓力快速上升，很快就變成氣態炸開了，而且膨脹到一定程度，鏈式反應就停止了，剩下的鈾就來不及反應了。因此，原子彈設計最關鍵的是怎麼把核物質捏在一塊並盡量保持足夠長的時間。