原子弹「小男孩」爆炸时为何只有很少比例的铀原子发生裂变？

谢邀，核武器的问题还是问W君靠谱些。

很多人会说“因为剩余的铀-235来不及发生链式反应就被炸飞了。”这其实是一个很粗浅并且是错误的解释。事实上并不是这样。

核弹的事情并不是仅仅知道一个链式反应或者临界质量就可以说自己了解了，这就有点草率了。

知不知道地球上有一枚庞大 的天然核弹？说出来就比较恐惧 了。在非洲的加蓬共和国内有一个喊 做奥克洛的铀矿。在1956年开始开摘 的时候发现这个铀矿的成分不对劲。

在铀矿石内含有大量的钕和钌元素，当时给回 咎于地质状况不同造成的这个问题。但随着铀矿的开摘 ，在1976年的时候加蓬的铀矿就被出口法国。但是法国在用这批铀矿的时候发现里面铀-235的含量不足0.3%，要知道正常的铀矿是差不多0.7%的铀-235含量的。法国人就认为非洲兄弟在参假卖假货，将其他国家用过的核燃料再卖给法国。

于是就展开了详尽 的调查。结果不得了——这个铀矿内存在了16个天然的，他们的链式反应在自然形态下形成了自持。而且有的“核反应堆”已经工作了将近20亿年的时间。

在最近几十万年的时间里，经过计算，每个天然的核反应堆的输出功率在100千瓦左右100千瓦什么概念？这个矿区内产生的核能足够细水长流的给800个2千瓦的微波炉供电几十万年。

假如 计算能量输出的话，相当 于700多枚当量5000万吨的沙皇炸弹的能量总和。

为什么说加蓬的自然核反应堆？其实在奥克洛矿区的铀矿内存在着自持的链式反应反应，这个自持效果和临界质量和临界半径都没有什么太大的关系。核弹的铀核心被炸飞的同时其实还是可以发生链式反应的。核弹里面的临界质量仅仅是启动值，并不是自持值。

那为什么小男孩核弹爆炸了只有一小部分铀-235参与了链式反应呢？

这就得说下裂变窗口的问题了。通常很多人说核裂变的时候不说能量。其实

当一枚中子击中原铀-235的原子核的时候，原子核裂变释放出两个中子和200兆电子伏特的能量。释放出来的能量会立刻 转化成其他铀原子的内能。当这些被“加热”的铀原子再被中子击中的时候裂变释放出的中子本身的能量也提高了。一来二往 铀-235原子所释放的中子能量不断提高和叠加这就导致链式反应中射出的中子是被不断加速的。

这里就是裂变窗口的问题了。当中子的速度（能量）过低，不能清除 斥力进进 原子核内被铀-235捕捉 这个时候铀-235是不会变成不稳定的铀-236而裂变的，仅仅会中子弹开。

而当中子的速度（能量）过高，铀-235是没有能力捕捉 快速的中子的，这时中子会直接穿过铀-235的原子核，这时也没有不稳定的铀-236出现，这枚原子核也不会裂变。

于是触发铀-235裂变的中子速度下限和上限就是铀-235裂变窗口了。

小男孩中只有很少部分参与了核裂变，的主要原因并不是核心被炸碎了，而是中子的速度被瞬间提高到太高水准了，超过了裂变窗口的上限。于是就都浪费掉了。

在这时我们就得提提轻水反应堆和重水反应堆了。这些核反应堆里面在燃料棒四周 放置的水不仅仅是提取核能的介质还是中子减速剂。通过中子在水里运行的不断碰撞减速使种子的速度保持在裂变窗口的范畴内。这时核反应的链式反应也就可以持续进行了，核燃料的利用率也就足够大了。

现代核弹其实也用了相似的技术，通过向核弹的核心内参杂其他的元素和制造 核弹核心外面的反射层都是为了让中子可以最大限度的在裂变窗口的速度下击中其他铀-235或者钚-239原子核。这样核弹的裂变材料的利用率才真的提高起来了。当然了这是小型化核武器的要害 技术之一。

开头说到的矿坑天然核反应堆。其实也是自然界偶然形成的地质结构，在这种地质结构中其他的岩石充当了减速剂的作用，因此自然界内的核反应堆才一直烧了20多亿年。