简单百科
小男孩原子弹

小男孩原子弹

“小男孩（Little Boy）”是人类历史上首次使用的原子弹，也是历史上唯二投入实战的核弹，另一枚投入实战的的原子弹为投掷在长崎市的“胖子”。

该原子弹使用枪式构型，将一块低于临界质量的-235用炸药射向三个同样处于低临界质量的环形铀-235，充当“子弹”的铀块和充当“靶标”的铀环相结合后，形成一整块超临界质量的铀块，进而诱发核材料的连锁裂变反应。爆炸发生在城市上空 550 m处，据估计爆炸当量为1.5万吨三硝基甲苯。采用这种构型的的核武器由于被认为具备较高的可靠性，因此在投入实战前并未进行过试爆测试。美国于1945年7月16日在新墨西哥州沙漠试爆的第一枚原子弹是采用内爆式构型的原子弹。

“小男孩”原子弹1945年8月6日由保罗·提贝兹机组驾驶B-29轰炸机轰炸机埃诺拉·盖伊号（Enola Gay）在广岛市上空约9.448km高度投下，于日本当地时间早上8时15分在约550m的空中爆炸。蘑菇云在数秒内迅速升至约1.6万米的高度，同时直径扩展至5000米。这场灾难导致大约20万人遇难，建筑在冲击波下被夷为平地，许多人也被掩埋在废墟之下。整个城市都在这场毁灭性事件中遭受了重创。

第二次世界大战结束后，“小男孩”原子弹仍有小规模量产，产量约为30枚。所有的“小男孩”原子弹在1951年1月底之前全部退役。

概述

小男孩（ Little Boy）是第二次世界大战时美国在日本广岛市投掷的首枚原子弹的代号。于1945年8月6日由保罗·提贝兹驾驶的B-29轰炸机轰炸机“艾诺拉·盖”在广岛相生桥上空9,400米投下，日本标准时间早上8时15分在550米高度爆炸。

“小男孩”小男孩长3米，宽0.7米，重4,000千克，是人类历史上首个投入实战的核弹。

该原子弹的整体设计使用“枪式”设计，将一块低于临界质量的铀-235以炸药射向三个同样处于低临界的环形铀-235，造成整块超临界质量的铀，引发核子连锁反应。小男孩装有60千克的铀-235，当中只有约一千克在爆炸中进行了核裂变，这一千克铀裂变释放的能量约等于1.3万吨的三硝基甲苯烈性炸药。约七万人直接死于小男孩的核爆炸，另有大约七万人在核爆炸中受伤。在核爆炸后的数日至数年之间，依旧有大量的人死于核子尘埃放射引起的癌症。怀孕的母亲亦因放射而流产，部分初生婴儿发育畸形。

据统计，直到1999年，死于小男孩原子弹的直接袭击及核辐射伤害的人数总计已超过20万。

由于美国在战时未能而未能提炼足够浓缩铀制作试验弹，小男孩的“枪式”构型原子弹在使用前并未进行过试爆测试，仅有的一枚“枪式”原子弹直接投入实战。

战争结束后，人们最初并未预料到比内爆式的钚原子弹效率更低的枪式原子弹会再次被大批量制造。然而，到了1946年年中，美国的钚产量出现了暴跌。为了解决这一问题，桑迪亚基地生产了六个“小男孩”装置。1947年，海军军械局还为P-2海王星巡逻机部署了额外的25个“小男孩”装置，这些飞机能够从中途岛号航空母舰上起飞。直到1951年1月底，所有的“小男孩”装置均已退役。

理论基础

核理论认识

核能的产生以核反应为基础。1938年德国科学家哈和斯特拉斯曼发现了重金属U235 原子核的裂变现象。铀原子核裂变时释放出巨大的能量,这个能量来源于原子核内核子的结合能,能量值与核裂变时的质量损失相关。在此之前,原子物理的发展为核能利用做了长期的理论铺垫,这其中不乏一个个里程碑式的事件。

1895年,德国物理学家威廉·伦琴发现了 X射线。

1896年,法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射性现象。

1897年,英国物理学家汤姆逊发现电子。

1898年,居里夫妇发现新的放射性元素钋(Po)。

1902年,居里夫人发现放射性元素镭(Ra)。

1905年,阿尔伯特·爱因斯坦提出质能转换公式。

1914年,英国物理学家欧内斯特·卢瑟福实验确定了氢原子核的结构。

1935年,英国物理学家詹姆斯·查德威克发现了中子。

此后,核能利用从理论走向现实,人类进入了原子能时代,从核弹研发到核能的和平利用,从裂变反应堆到聚变反应堆,核能已成为人类能源结构中不可或缺的一环,并将在未来发挥更为关键的作用。

基本原理和相关概念

必须使核燃料发生链式裂变反应才能释放原子核中的能量。所谓链式反应，就是指铀235被一个中子撞击分裂后，放出2-3个多余的中子，这些中子再撞击到另外的原子核，引发更多次裂变，像链条一样传递下去。

原子弹是利用铀235或钚239的原子核自持裂变链式反应原理制成的核弹，也称为“裂变核武器”。要使链式反应可自持地进行下去，原子弹中的裂变装料必须大于一定的质量，这一质量称为“临界质量”。临界质量的大小与裂变装料的种类、密度等因素有关。

“枪式”构型

原子弹的设计原理就是使处于次临界状态的裂变装料瞬间达到超临界状态。根据超临界状态实现方式的不同，原子弹可分为枪式结构和内爆式结构两种。枪式结构又称压拢型，即把两块或多块处于次临界状态的裂变装料，在化学炸药爆炸产生的力推动下迅速合拢而成为超临界状态。内爆式结构又称内爆式核武器，即利用化学炸药爆炸产生的内聚冲击波和高压力，压缩处于次临界的裂变装料，使其密度急速提高，而成为超临界状态。

“小男孩”原子弹，是由美国物理学家弗朗西斯•伯奇的领导小组开发的一种采用“枪式起爆法”设计的铀弹。这种原子弹在引爆时，需要利用无烟火药爆炸时产生的能量，让两块低临界质量的铀-235撞在一起，达到超临界状态，引发核爆炸。因为这个引爆过程非常像枪械发射子弹击中目标，所以被称为“枪式起爆法”。

制造过程

曼哈顿计划

第二次世界大战前夕的 1939 年 1月,德国科学家尼尔斯·玻尔访问美国,带来了发现铀核裂变的消息,在美国引起轰动,因为核裂变会产生巨大的核能。8 月 2 日，阿尔伯特·爱因斯坦从匈牙利籍物理学家里奥·西拉德(Leo SzilAMD)那里得知纳粹德国已经禁止从本国及占领的捷克斯洛代克出口铀。爱因斯坦和西拉德断定德国正在制造一种威力空前的武器。两位科学家给富兰克林·罗斯福发去了一封由西拉德起草,爱因斯坦签名的信,正是这封信催生了曼哈顿计划。罗斯福总统在收到信件后,开始重视原子弹计划,1941 年夏指示要全力以赴进行研究。与此同时,英国科学家提醒女王陛下政府存在着将核裂变用于军事目的的可能性,于是英国政府进行了代号为MAUD 的原子计划。最后,美、英二国的研究小组合并,开始了真正制造原子弹的“曼哈顿计划”。曼哈顿计划于 1942 年进行了重组,交给美国军政委员会,由莱斯利·格罗夫斯将军负责。格罗夫斯起用原子科学家罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)。他从 1941 年秋开始,参加了美国研制原子武器的工作,1942 年受命组建曼哈顿计划中的洛斯阿拉莫斯科学实验室,1943 年被任命为该实验室主任,成为原子弹研制设计的总负责人,为第一颗原子弹的制造作出了重要贡献,被誉为“罗伯特·奥本海默”。从 1942 年 8 月 13 日起,整个研制计划使用了代号“曼哈顿工程”，原子科学家也统称为“科学工作者”,并且实行了严格的军事保密制度和隔离制度。

这项计划雇佣了美国、英国、加拿大等各国人士超过13万人，其中不乏众多诺贝尔奖得主，包含了当时的三个主要的实验室——洛斯阿拉莫斯、华盛顿哥伦比亚特区汉福德、田纳西州橡树岭。“曼哈顿计划”的首席科学家为罗伯特·奥本海默。这位在新墨西哥州度过了童年的科学家和莱斯利·戈罗夫以及物理学家恩斯特·劳伦斯一起将实验室的地点定在了洛斯阿拉莫斯小镇的农场学校。

这座实验室有一个更为熟知的代号——“Y地点”，而在此之前，洛斯阿拉莫斯是一个没有名字、不为人知的地方。实验室成立后，罗伯特·奥本海默便顺理成章地成为了洛斯阿拉莫斯实验室的第一任主任。在“曼哈顿计划”期间，洛斯阿拉莫斯实验室总共研制了3枚原子弹，1945 年 7 月 16日，代号为“三一”的原子弹试验在新墨西哥州阿拉莫戈多试爆成功,也就是在当日，曼哈顿计划宣告结束。另外两枚的名字为“小男孩”和“胖子”，分别被投到了日本的广岛市和长崎市。

铀浓缩

目前国际上采用的铀浓缩方法包括离心法、气体扩散法和激光法。在这些方法中，气体离心分离机是用于气体离心法提炼浓缩铀的关键设备之一。这种设备的作用类似于洗衣机利用离心力除去衣物中的水分。通过每秒转动达到２万次以上的高速旋转离心机，可以将天然铀矿中的其他同位素分离出去，从而使剩余的铀235的浓度超过95％。这样一来，就具备了制造核弹所需的铀235浓缩级别。铀235被广泛应用于核武器的制造，但它在自然铀矿石中只占约0.7%的比例。由于自然铀同时含有三种同位素，必须将其他同位素进行分离，从而提高铀235的含量，方可用于核武器的制造。这个过程被称为“浓缩”。

为确保避免单一方案失败的风险，当时同时在美国的汉福德（Hanford）和田纳西州的橡树岭（Oak Ridge）也建立了提纯工厂，以三种方案齐头并进进行研发。美国为确保原子弹研制的成功，投入了巨大的资金，可谓是不惜成本。举例来说，亨德里克·洛伦兹所使用的回旋加速器所需的大量白银线圈，为了制造这些线圈，美国甚至向财政部借用了大约 1.4万吨白银。整个曼哈顿计划的总投资超过 20 亿美元，相当于今天的两百多亿美元，项目的参与人数达到数万人。

铀浓缩工作是在田纳西州的橡树岭进行的，通过Y-12国家安全大楼内的电磁分离厂来完成。该工厂最终于1944年3月完全投入运营。第一批经过高度浓缩的铀于同年6月被运送到洛斯阿拉莫斯实验室。获取制造原子弹所需的大部分铀主要依赖于比属刚果的辛科洛布韦矿场。这得益于高卡唐加矿业联盟的首席执行官埃德加·桑吉尔的高瞻远瞩。他在1940年将约1,200吨的铀矿运至纽约的史泰登岛仓库储存。在1944年和1945年之间，部分数量的1,200吨铀矿和氧化铀通过阿尔索斯任务运送至橡树岭进行浓缩。此外，德国在1945年投降后，试图将氧化铀和武器技术运送至日本的U-234潜艇上携带了559千克的氧化铀，但该潜艇被捕获后，这些材料也被送往橡树岭进行浓缩。在理论基础和核原料提取都完备的情况下，“小男孩”原子弹终于问世了。但在将“小男孩”投放于广岛市之前，并没有对这种枪式核弹进行实际试验。唯一的核试验是钚作为裂变材料的内爆式装置，也就是说，“小男孩”这种构型的原子弹被直接投入实战。

组成部分

在开发代号为“小男孩”的原子弹过程中，科研人员经过计算得出一个关键结论：将炸弹定时引爆，使其在离目标550米的高空时爆炸，这样可以获得最大的破坏力。为了实现这一目标，设计人员构建了一套复杂的起爆系统，由计时、气压和雷达高度计三个部分组成。这些装置在原子弹投放瞬间按顺序启动，确保“小男孩”原子弹可以按照预定条件进行爆炸。

弹壳装置

该武器的目标弹壳内部有一个容器，容纳了直径为33厘米的钨碳化物压制体，重量为310kg。这个压制体充当中子反射体，增加了铀核心中的临界质量数量，同时它还充当惯性压制体，将核心尽可能长时间地保持在一起，以增加爆炸产生的能量。进行组装时，铀核心位于一个直径为16.5厘米的圆柱形腔体内，周围包裹着一层厚度为8.255厘米的钨碳化物。选择钨碳化物作为压制体（而不是“胖子”原子弹中使用的天然铀）的原因，是因为需要阻止中子进入装置。U-238的自发裂变频率比U-235高100倍，足够大的一块（200公斤）天然铀会产生3400个中子/秒，这对于采用炮管组装是不可行的。

当弹头与目标插件相遇时，冲击力使组装好的核心和支撑目标的钨碳化物盘靠近一块可塑性的钢盘，即所谓的“铁砧”，铁砧会发生变形，像薄饼一样扩展，从而缓冲冲击并吸收大部分弹头的动能；其动量则被庞大的目标弹壳吸收。完整原子弹的工程设计，即1850型，于1945年2月完成，之后只需要进行实际使用前的准备。实际上，“小男孩”原子弹在1945年初已经准备好进行实战使用，只是铀浓缩的工作在当时尚未完成。

为了触发链式反应，必须有中子源提供“点火”中子。核爆炸装置的中子源可采用：反应源、钋-210-铍源、和-252自发裂变源等。原子弹爆炸产生的高温高压以及各种核反应产生的中子、γ射线和裂变碎片，最终形成冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和电磁脉冲等杀伤破坏因素。

小男孩采用的引爆设计因为存在颇大的危险性，所以之后只在试验武器上出现，而再没有在其他武器上使用。如果运载小男孩的飞机坠毁，弹内的的铀块可能被撞击会挤在一起，到达临界质量后或会释放大量辐射，甚至可能全面爆炸。而如果飞机掉进水中，炸弹入水后也很可能会起爆。

计时系统

根据科斯特·马伦的描述，在“小男孩”原子弹被运输时，弹体上的电线与炸弹舱顶部的螺旋管相连接。当炸弹投放时，电线会脱离连接并触发内部的计时器开关，该开关会通知炸弹开始倒计时45秒然后引爆。炸弹的顶部有三个绿色的“安全”插头，排列成L形。一旦机组做好投弹准备，就会将这三个绿色插头更换为红色的预警插头。

在计时系统中，时钟盒固定在下部的隔板上，其中包括一到四个电池盒和三个保险装置电器接插件以及它们的安装管，两个分裂环锁紧套圈，它们将电池盒固定在目标盒适配器上。隔板上还可见六个直径为1.9厘米的导管孔，这些孔用于通过APS-13雷达和气压开关的导线，在测试阶段将导线穿过这些孔，然后从尾部引出。这些锁紧套圈中的一个顶部，带有紧固螺栓。此外，计时系统还还包括APS-I3雷达装置、气压开关等装置。位于该舱室末端的大型钢块被螺栓固定在目标弹壳上，用作吊环的后固定点。

一个计时器被设置，确保炸弹在投放后至少15秒才会引爆，以确保飞机的安全，而这个时间是“小男孩”原子弹预测下降时间的四分之一。计时器底部有着六个15秒的时钟延迟定时器，左侧是保险丝，右侧是所有的电源插座，而电容器和继电器则位于计时器的顶部。当炸弹开始下降时，计时器被触发，此时连接炸弹与飞机的电动插头被松开，计时器切换到内部的24伏特电池，并开始工作。

气压装置

定时装置工作15秒后关闭，紧接着气压装置开始工作。在气压装置开始工作的同时，雷达装置也开始通电。“小男孩”原子弹内部的气压装置，其实就是覆盖着金属薄膜的真空室。随着原子弹高度越来越低，金属薄膜会在大气压的挤压下逐渐变形。设置气压装置的目的，主要是为了延迟雷达装置开始工作的时间，防止其出现问题过早引爆原子弹。当15秒时间到达时，雷达高度计被激活，负责接管之后的阶段。

雷达高度计

在“小男孩”原子弹下落到距离地面2000米的高度时，金属薄膜闭合电路，气压装置停止工作，雷达高度计开始工作。这里所使用的雷达高度计，实际上就是用AN / APS-13尾部报警雷达，这是由战略轰炸机使用的雷达改造而来的。当雷达高度计探测到原子弹已经下落至预定高度时，就会击发布置在原子弹尾部的三个Mk15 Mod 1型引信。引信被击发后，会立刻将后膛中放置的四包无烟发射药引爆。火药爆炸时产生的能量，会将布置在原子弹尾部处于低临界状态的铀-235，发射出去。这个空心圆柱体，会通过长度为1.8米炮管，射向位于原子弹前部的另一块铀-235。在与前部的铀-235块碰撞时，速度已经达到300米/秒。在这样的速度下，两块低临界质量的铀-235在相撞后10毫米就可以发生链式反应，达到超临界状态，引发核爆炸。为了确保原子弹在爆炸时不会对投放飞机造成损害，曼哈顿计划实验室为“小男孩”原子弹配置了无线电近炸引信，以确保在低空约550米高度引爆该原子弹，为投放飞机提供足够的时间远离危险区域。

减速降落伞

此外，据一些目击者描述，“小男孩”在投放后还启动了减速降落伞，这进一步为飞机脱离危险区域争取了时间。

投入实战

装弹入舱

第一架被指定进行改装的 "超级堡垒 "是 B-29-5-BW-42-6259。莱特机场收到飞机后，立即对其进行了改装，以携带 "瘦子 "钚基炸弹。虽然这种武器被证明是失败的，但却推动了第一枚 "银牌 "炸弹的诞生。计划中的炸弹约长 5.8米，无法装入 B-29轰炸机的两个炸弹舱。因此，战略轰炸机机腹中央的机身部分被拆除，通常安装在两组炸弹舱门之间的雷达罩也被拆除。在机翼翼梁下，需要一个单独的炸弹悬挂系统将武器固定在改装后的机身内。然而，3 月份在加利福尼亚州穆罗克机场对这种配置进行的首次测试导致舱门损坏，轰炸机需要返回莱特机场进行维修。虽然设计出了新的悬挂系统，但由于洛斯阿拉莫斯公司的工作人员意识到 "瘦子"的设计徒劳无功，轰炸机的试飞于1944 年 6 月被迫中止。

被称为 "小男孩 "的铀基炸弹要短得多，它只有 3米，直径为0.7米。然而，它的重量却达到了4400kg，接近 B-29轰炸机有效载荷能力的最大极限。虽然 "小男孩 "可以很容易地装入一个炸弹舱，但 42-6259 号飞机还是恢复了原来的双弹配置，需要一个不同的、更坚固的释放系统。同样的炸弹舱配置还可以容纳第二种钚设计，即 "胖子"。经过这些改装后，"银盘 "B-29 原型机飞往犹他州的温多佛陆军机场，并被分配到第 216 基地部队。温多佛是一个荒凉的地方，经常被飞行员揄地称为 "剩菜场"。尽管地处偏远，但这里离洛斯阿拉莫斯较近，对用于进行相关测试的飞机来说更为方便。42-6259 号飞机一直作为试验台使用，直到 1944 年底在一次着陆事故中受损，并于 1948 年彻底报废。

到 1945 年 7 月底，"小男孩 "原子弹已经在天宁岛的北机场准备就绪。在1945年的8月5日，原子弹被装载到“伊诺拉·盖伊”号飞机上，机组人员接受了简报，在8月6日的凌晨起飞。机长威廉·“迪克”·帕森斯装载了四个用来推动弹头通过炮管的发射药袋，保罗·W·蒂贝茨上校将飞机的控制权移交给战略轰炸机轰炸队长托马斯·W·费瑞比少校，最终由托马斯·W·费瑞比少校释放了“小男孩”原子弹。

广岛引爆

到1945年8月，盟军“曼哈顿计划”执行者总共设计出两种型号的原子弹。美国陆军航空队第509混合大队配属波音B-29“超级空中堡垒”轰炸机，负责从日本南部马里亚纳群岛（Mariana Islands）的天宁岛(Tinian)出发，于1945年8月6日将名为“小男孩”的原子弹投向广岛，3天后又将名为“胖子”的原子弹投向长崎。

此前东京、大阪等大城市频遭美国飞机的空袭，但广岛却是个例外，平静无波。广岛市是一个军事工业基地，日本当局已经预见到遭受空袭的命运，因此已经将40万人口疏散，仅剩下24.5万人滞留在城中。所以直到"小男孩 "原子弹引爆之前，日本本州岛西部的港口城市广岛，都如平日一样熙熙攘攘。

1945年8月6日早上6时整，由封基尔克率领的八人机组接到总统的秘密指令后，立刻起飞前往日本广岛的上空。在他们的后方，还有数架战略轰炸机和负责护航的飞机。7时零9分，日本地面雷达探测到这些美国飞机正逼近广岛市，紧急发出了空袭警报，市民们赶忙躲进地下防空洞。然而，执行任务的美国军队飞行员这时并没有立刻投下炸弹，而是飞过广岛上空，没有发起任何袭击。人们看到没有发生任何事情，于是离开了防空洞。

8时整，地面雷达再次探测到两架美国B-29重型战略轰炸机。然而，日本军方错误地认为这两架飞机是在执行侦察任务，因此许多人没有进入防空洞。10分钟后，这两架飞机抵达了广岛市中心上空的相生桥位置。投弹手费雷比少校从1.5万米的高空投下一个颜色相间的巨大降落伞，然后战略轰炸机驾驶员掉头返航，而降落伞之下的正是"小男孩 "原子弹。

这颗被冠名为“小男孩”的原子弹属于压缩型设计，核心所使用的铀-235放射性物质总重为64公斤。其爆炸威力相当于1.5万吨的三硝基甲苯爆炸威力。广岛市位于一个低平的海港城市，当时的爆炸投放发生在距离广岛市中心点约240米的位置。这次爆炸导致了超过9万人丧生，还有超过5万的人员受伤。城市中的建筑物几乎全部被摧毁，大约85%的建筑物在爆炸中毁于一旦。整个广岛市几乎被夷为平地。如果想要实现相似的破坏效果，需要使用大约200架满载常规炸弹的飞机进行轰炸。虽然相比于投放在长崎市市的胖子核航弹，这枚炸弹的威力较小，但由于广岛位于平坦地区，造成的破坏和伤害人数却远远超过了长崎，因为长崎的原爆点位于一个小山谷中。3日后（8月9日），美国军队向长崎投掷名为胖子的原子弹。1945年8月15日，日本宣告无条件投降，第二次世界大战结束。

爆炸威力

整体毁伤效果

根据1945年公开的资料，广岛爆炸导致约66,000人在爆炸直接中丧生，还有69,000人受伤程度不一。随后的评估将死亡人数可能高达14万人。据记录，广岛核爆炸造成当时超过7万人当场死亡。随后，由于核辐射，许多人罹患癌症，还出现了孕妇流产和出生婴儿畸形的现象。到1945年11月，距离爆心500米以内的人的死亡率高达98%至99%；在500到1000米范围内，死亡率为90%。到1999年，因原子弹“小男孩”而死亡的人数增至20万。现在，广岛市相生桥附近地区仍然受到放射性污染的影响。

在战争结束后，曼哈顿计划派遣了一个调查小组前往广岛，以评估爆炸对城市的影响。这个小组的成员包括威廉·彭尼、罗伯特·瑟伯和乔治·雷诺兹。他们对受到影响的物体和结构进行了评估，得出炸弹的威力大约为1.2 ± 0.1万吨。随后，通过对焦炭现象进行的计算，得出的威力范围为1.3至1.4万吨。到了1953年，弗雷德里克·莱因斯计算出炸弹的威力相当于1.5万吨的黄色炸药（约63太焦耳），这个数字被正式确认为官方威力数据。

"小男孩 "原子弹的巨大破坏力主要源自于三个主要的因素：冲击波、火灾以及辐射。

冲击波

铀或钚的裂变或核弹中氢同位素的聚变导致在很短的时间内在有限的空间中释放出大量能量，导致裂变产物、弹壳和其他武器部件被提升到极高的温度，类似于太阳中心的温度。裂变武器残余物达到的最高温度为数千万度，可与常规高爆武器的最高温度5,000°C相比。由于核爆炸产生的大量热量，所有材料都转化为气态形式。由于气体在狭小的空间内瞬间爆炸，因此会产生巨大的压强。

核弹爆炸引发的冲击波或压力波是由X射线加热的空气产生的（称为火球），它在各个方向传播，初始速度超过了音速。一般来说，爆炸是由有限空间内大量能量在短时间内迅速释放引起的。这对于传统的“高爆炸药”（如三硝基甲苯）以及原子弹爆炸都是适用的，尽管两者产生能量的方式完全不同。能量的突然释放导致温度和压力显著增加，从而使所有存在的材料转化为炽热的、被压缩的气体。由于这些气体处于非常高的温度和压力下，它们迅速膨胀，从而在周围介质（空气、水或土地）中引发一种称为“冲击波”的压力波。

原子弹引爆后会发出两个热辐射脉冲。在第一个脉冲中，持续大约1/10秒，表面温度非常高。因此，在这个脉冲期间，火球发出的辐射主要在紫外线区域。虽然紫外线辐射可能会引起皮肤烧伤，在普通空中爆炸后的大多数情况下，首个热辐射脉冲在这方面却不会构成重大危险，原因有几个。首先，由于脉冲时间很短，只有大约1%的热辐射出现在初始脉冲中。其次，紫外线可以被中间的空气很容易地吸收，因此在爆炸距离较远的地方传递的剂量可能相对较小。最后，似乎首个脉冲的紫外线辐射只有在其他热辐射效应更为严重的范围内，才会对人体皮肤产生显著影响。然而，值得一提的是，虽然第一个辐射脉冲对皮肤的烧伤可以忽略，但它能够对眼睛产生暂时甚至永久的影响，特别是对于碰巧面向爆炸方向的个体。

与第一个脉冲相比，第二个辐射脉冲可能会持续几秒钟，例如，对于1兆吨当量的爆炸，持续大约10秒；它携带了约99%的总热辐射能量。这种辐射是导致受到暴露的个体在19.3千米，甚至更远的范围内遭受不同程度的皮肤烧伤的主要原因。

核弹与更传统类型的武器相似，因为它们的破坏作用主要是由冲击波导致的。核爆炸的能量可以比最大的传统爆炸强几千（或百万）倍。其次，对于释放相同能量的情况，核爆炸装药的质量要比传统的高爆炸装药小得多。因此，在前者的情况下，原子弹的装药转化为上述炽热、被压缩气体的可用材料量要少得多。这导致了在引发冲击波的机制方面稍有不同。

在广岛市，位于爆炸中心正下方约1.6千米的区域内，几乎所有的物体都被完全毁坏，唯有大约50座经过严密加固、能抗震的钢筋混凝土建筑物依然屹立，虽然它们外表存留，内部几乎已被挖空。窗户、门、窗框等都被撕裂破坏。严重的爆炸影响周围，近似遵循距离爆炸中心1.8千米处约34千帕等压线。广岛全市7.6万幢建筑物全被毁坏的有4.8万幢，严重毁坏的有2.2万幢。

火灾

核爆炸的燃烧作用没有任何特别的特征。原则上，使用常规燃烧弹和高爆弹可以达到同样的火力和爆炸破坏的总体结果。然而，可以看出，由于这种破坏是由一枚能量只有1.25万吨左右的核弹造成的，因此，核武器能够造成巨大的火灾和爆炸破坏。从日本观察员那里获得的确切证据表明，热辐射导致薄而深色的棉布，例如战争期间常用的遮光窗帘、薄纸和干燥腐烂的木头在距离地面零点1千多米的地方着火。火灾一旦开始，有几个因素，与核爆炸造成的破坏直接相关，影响了火灾的蔓延。爆炸打破窗户，吹入或损坏防火百叶窗，剥离墙壁和屋顶护套。塌的墙壁和屋顶，使许多建筑物更容易发生火灾。耐火结构通常因楼梯、电梯和防火墙开口处的损坏以及地板和隔断的破裂和倒塌而处于有利于火灾内部蔓延的状态。

虽然日本城市有防火带，既有自然的，如河流和空地，也有人工的，如道路和清理区，但这些防火带在防止火势蔓延方面不是很有效。原因是防火带的两侧经常同时发生火灾，因此它们无法达到预期目的。此外，爆炸经常将可燃材料散落在防火带和空地上，例如院子和街道区域，因此无法防止火势蔓延。

广岛核弹引爆约20分钟后，就发生了大规模火灾，火势显示出通常与风暴火灾有关的许多特征。一阵风从四面八方吹向城市的燃烧区，在爆炸后约2至3小时达到每小时48至64千米的最大速度，大约6小时后下降到轻度或中度，方向可变。

辐射

伴随核弹爆炸伴而来的是各种核辐射，包括中子、伽马射线以及α和β粒子。基本上所有中子和部分伽马射线是在实际的裂变过程中发射出来的。这些被称为“即时核辐射”，因为它们与核爆炸同时产生。这种致命辐射的半径大约为1.3千米。

在裂变中释放的一些中子立即被捕获，而其他一些中子则与武器中存在的各种核发生“散射碰撞”。这些过程通常伴随着伽马射线的瞬时发射。此外，许多逃逸的中子与空气的原子核发生类似的相互作用，从而在爆炸点周围形成了伽马射线的扩展源。其余的伽马射线和β粒子在一段时间内被释放，因为裂变产物在放射性衰变过程中发生。α粒子以类似的方式被排出，这是由于武器中未发生裂变的铀或钚的衰变所致。然而，“小男孩”原子弹的情况由于是在距离地面550米的高空爆炸，裂变产物被抬升到平流层并扩散至周边区域，因此并没有产生炸弹坑，也没有局部的放射性沉降。

到1945年年底，总计有14万的日本民众死于此次原子弹爆炸。美国在战后组建了原子弹伤亡委员会（ABCC），以及其后继者辐射效应研究基金会（RERF），对原子弹幸存者及其子女进行了流行病学和遗传学研究。该研究计划为辐射健康标准提供了主要依据。

战后发展

曼哈顿计划的总指挥莱斯利·R·格罗夫斯少将很早就意识到，军方不可避免地将在这种新武器方面拥有重要职责，因此要做好相应准备。在战争期间，主要是科学家们负责核弹的相关事务，但随着他们回到平民生活，政府不得不考虑这些核武器将交由谁管理。从1946年中期开始，随着国家对平民和军方在核能方面的角色进行研讨，莱斯利·格罗夫斯着手确保军方能够接手处理这种新武器。

他选择了吉尔伯特·M·多兰德上校和其他63名年轻的陆军军官，派遣他们前往新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚基地，学习相应的技能。在曼哈顿工程区于1946年底解散后，格罗夫斯继续在武装部队特种武器项目首席的职位上监督他们的工作。从任何标准来看，这些后来被称为桑迪亚先驱者的年轻陆军军官，都是一群令人印象深刻的人才。他们大多数是格罗夫斯从美国军事学院的优秀毕业生中挑选出来的。而除了少数几位外，他们几乎都来自工兵部队。在接下来的几十年里，一些先驱者将继续从事维护和管理美国核弹的职业。

所有的“小男孩”装置都在1951年1月底前结束服役。直到1986年，史密森尼学会展示了一个“小男孩”（除了浓缩铀之外都仍是完整的组件）。后来，美国能源部从博物馆取出了该武器的内部组件，以防止炸弹被盗取并使用裂变材料引爆。直到1993年政府将空壳还给了史密森尼学会。目前，在美国境内有着三枚解除武装的“小男孩”核弹展示品，还有一枚则在伦敦的帝国战争博物馆进行展出。

原子弹是科学技术最新成果快速应用于军事领域的一个显著范例，世界核大国的历史发展证实了这一点。自1939年10月，美国政府决定开展原子弹研发工作起，到1945年美国已经成功制造了四颗原子弹。其中一颗用于试验，两颗被投向日本，而剩下的一颗则未被使用。

自从全世界都看到小男孩原子弹在日本用于实战的威力后，其他国家或加快自身研发进程，或就此开始自己的研发部署。其他国家爆炸首颗核弹的时间分别是：苏联——1949年8月29日；英国——1952年10月3日；法国——1960年2月13日；中国——1964年10月16日；印度——1974年5月18日。中国的第一次核试验采用塔式爆炸方式，使用了内部爆炸构型的铀弹。1965年5月14日进行的第二次核试验中，核装置通过飞机投放。而在1966年10月27日的第四次核试验中，核弹头则是由导弹进行携带的。

目前，核武器的发展正处于一个转折点，即从核试验转向实验室模拟研究的阶段。这一历史趋势有助于推动科学技术的更快发展。尽管出台了全面禁止核试验条约，但是这并未完全阻止核弹及其技术的发展，美国和俄罗斯仍然必须维持他们的核威慑战略和能力。

全面禁止核试验条约（CTBT）的签署意味着核试验将不再被允许进行。然而，核武器的研究并未停止，而是转变为了实验室模拟和计算机模拟等方式。根据CTBT的相关规定，一些小规模的“零当量”实验被认为不违反该条约，只要核反应产生的能量不超过实验中所用炸药爆炸释放的能量，那么这种有核反应的实验就不会被视为违约。在CTBT签署之前，美国就已经大力发展实验室模拟和计算机模拟手段，以增强其核弹研究能力，保持其核威慑的有效性。为了增强实验能力，他们投入了数十亿美元的投资，建设地面实验设施。而在CTBT签署后不久，美国就进行了多起次临界实验，以继续深入研究核武器。