原子彈(Fission bomb)

原子彈(Fission bomb)
國立臺灣師範大學化學研究所碩士班二年級黃子霖

原子彈(fission bomb; atomic bomb)，這邊是指利用核分裂原理製成的核武器，也是最早發明出來的核武器。意指一個爆炸裝置能引發核分裂反應而從極小的物質產生極大的能量。世界上第一個原子彈試爆所產生的能量約等於20,000噸重的TNT炸藥的能量。^[1]

西元1938年，德國科學家漢因(Otto Hahn)和舒特拉斯曼(Fritz Strassmann)發現了核分裂現象。西元1939年，愛因斯坦與其他科學家一同致信說福美國總統羅斯福發展核武器。1942年成立「曼哈頓計劃」。由人稱原子彈之父的奧本海默(J. Robert Oppenheimer)主持。西元1945年，人類歷史上的第一枚原子彈在新墨西哥州試爆。同年美國在日本投下兩顆原子彈，結束第二次世界大戰。

原理:
其爆炸能量輸出，是完全由核分裂所得到。通常用可裂變的鈾-235(Uranium)和鈽-239(Plutonium)為原料。當一個自由中子撞擊裂變原子的原子核，像鈾-235，鈾分裂成兩個較小的原子裂變碎片，再加上更多的中子。裂變可以持續放大，因為它會產生更多的中子引起新的裂變。鈾-235的原子核可以有數十種的分裂方式，下面是其中之一，得到鍶-95和氙-139和兩個中子以及能量。^[2]

²³⁵U ＋ ｎ → ⁹⁵Sr ＋ ¹³⁹Xe ＋ 2ｎ ＋ 180 MeV

每個原子的能量釋放約為180億電子伏特(MeV)，即74兆焦耳/公斤。設計核分裂武器，最重要的是建立超臨界質量，超臨界質量是指核分裂所製造出的中子，平均可以再製造出大於一個的核分裂，因此製造的中子繼續進行核分裂反應，使得裂變的中子總數以指數形式成長，最後形成一個劇烈的鏈式裂變反應(Chain reaction)，釋放出大量能量。

分類:
原子彈又因為引爆方法的不同，可以分成槍式(Gun)和內爆式(Implosion)兩種。槍式是將兩個小於超臨界質量的裂變物質藉由炸藥的爆炸迅速融合以達到超臨界質量而爆炸，在其外層有中子反射層。槍式比較容易製造，但是核原料的利用率較低。內爆式則是將小於臨界質量的核原料製成小球體，外面再用炸藥製成一個球型裝置，將外部炸藥同步引爆，產生向內的衝擊波，使內部的核原料瞬間到達超臨界質量，而產生自發的鏈式核裂變反應。^[3]

能量:
原子彈的能量釋放分為光輻射、衝擊波、中子和γ射線輻射、電磁脈衝及放射性塵埃。原子彈爆炸會產生約比陽光強13倍的光輻射造成灼傷以及火災。衝擊波為原子彈爆炸主要破壞來源，會產生巨大的氣流風壓，速度超過每小時幾百公里，可摧毀建築物。而原子彈爆炸所產生的電磁脈衝的電場強度可達1萬至10萬伏，會摧毀一切的電子設備。剩餘的放射性物質會形成放射性塵埃，對人體造成放射性疾病，產生生物變異，嚴重可致死。^[4]

參考資料:
1.核武器http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon
2.核分裂http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fission
3.http://wsd-phys-fission.wikispaces.com
4.http://www.cartage.org.lb/en/themes/sciences/chemistry/nuclearchemistry/nuclearweapons/firstchainreaction/nuclfissionbom/nucllfissionbom.html