歐本海默電影海報的大背景，就是內爆式原子彈的原理樣機，這也是洛斯阿拉莫斯實驗室最重要的科研成果。
原子彈之所以能產生巨大能量，一是需要鏈式反應，必須有足夠的高濃度鈾或鈈，再者還要精算解決原子彈的結構問題，電影裏並沒有具體描述相關原理，只提到了 槍式結構和內爆式結構 。
盡管電影一筆帶過，確是原子彈研發的重要環節。那咱們就來聊聊這一話題。
在聊原子彈結構之前，先來說說核分裂。
核分裂 是原子彈理論的重要基礎，這個現象被發現是個偶然。二十世紀最重要的兩大物理學家，一個是愛因史坦，另一個是普朗克。其中普朗克除了推匯出波茲曼常數、進行熱放射線系統研究等耳熟能詳的偉大成就外，還有一項最大的貢獻，就是能量量子化，也 由此拉開了量子力學的大幕 。順便一提，普朗克的繼任者就是薛丁格。
受到普朗克的影響，他的學生莉澤·邁透納聯合另一個德國物理學家奧托·哈恩，開始了超鈾原子的研究，起初二人是用遊離質子轟擊鈾原子，試圖制造比鈾重的元素，但一直沒有成功。奧托·哈恩用非放射性的鋇作標記，不斷地探測和測量放射性的鐳的存在，如果鈾衰變為鐳，鋇就會探測到。然而這個方法也一直失敗，用集束粒子流轟擊鈾，沒有得到鐳，只探測到了更多的鋇，而且鋇遠遠多出了實驗開始時的量。莉澤·邁特分析了研究報告，發現質子的增加使鈾原子核變得很不穩定，從而發生分裂。於是他們又做了一個實驗，證明當遊離的質子轟擊放射性鈾時，每個鈾原子都分裂成了兩部份，生成了鋇和氪，這個過程還釋放出巨大的能量，核分裂的過程就這樣被發現了。
接下來的一年裏，越來越多的科學家開始不斷證明鈾原子核分裂現象，這其中就包括歐本海默的團隊，由路易士·艾爾瓦雷斯復現了這個實驗。也 就是這個時候，全球的科學家都意識到，核分裂可以用於制作重型武器，原子彈的設想成為現實。
既然可以利用核分裂制作武器，那麽原子彈應該怎麽運作呢？ 在眾多科學家已經解決技術難題的前提下，現在看起來很簡單，就是靠控制核裝藥的臨界品質來實作的，即把多塊小的核材料湊成一塊達到臨界品質的核材料。 爆破原理就是核材料發生分裂鏈式反應 ，即重原子核受到中子轟擊之後分裂成兩個較輕的原子核和2-4個中子並釋放了大量能量，而釋放的中子又會繼續轟擊別的重核，然後別的重核分裂繼續產生2-4個中子和能量，發生分裂的原子數量以指數形式上升，這樣「擴散性」 的核分裂就稱為鏈式反應。類比來看， 1公斤鈾-235全部分裂釋放的能量相當於2700噸煤燃燒放出的能量 。
當然了，鏈式反應要持續進行必須達到一個臨界品質才行。所謂 臨界品質 是指在一定條件下，核分裂物質能夠發生自持鏈式反應的最低品質。臨界品質不是定值，受到形狀、密度、性質等影響，其中分裂材料裝量/品質一定的前提下，其密度越大，臨界品質越小。
所以 原子彈想要透過鏈式反應產生巨大的能量就必須有足夠的高濃度鈾或鈈 ，所以必須要把核分裂物質分成幾部份，爆炸的時候再讓它們在極短時間內合並在一起達到臨界品質，這就涉及到原子彈的結構問題，電影裏也 提到了槍式結構和內爆式結構。
所謂槍式， 是指一部份裝藥按槍管構造射向另一部份裝藥。簡單來說，槍爆式把核材料分成兩部份，每部份都小於臨界品質，爆炸時利用化學炸藥爆炸產生的能量將一部份核材料高速推向另一部份核材料，兩部份核材料合並到一起達到臨界品質，產生核爆炸。
所謂內爆式， 就是把周圍的核材料壓縮到中心位置，達到臨界品質爆炸，即利用散布在周圍的常規炸藥產生的能量將核分裂物質在極短時間內向中心壓縮，壓縮後密度開始增大，臨界品質開始變小。當密度達到一定值時，核材料的臨界品質下降到到原子彈內部核材料的填充品質，與此同時中子源產生中子點燃鏈式反應，產生核爆炸。
兩種方式對比來看，內爆式要好於槍式 ，因為槍式核材料利用率低，比較浪費，而且容易出現早燃現象，裝藥通常只是鈾，而內爆式裝藥少，反應率高，核材料利用充分，裝藥可以用鈾也可以用鈈。包括美國第一顆原子彈，也都是內爆式。不過 轟炸日本的兩顆核彈，「小男孩」屬於槍式，而「胖子」屬於內爆式。
想手動做原子彈試試行不行的朋友，可以買這本書去看看。
（作者為中核戰略規劃總院 蘇楊）
