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[编者按]2006年10月9日上午11时左右，朝鲜成镜北道地底深处的一声闷响，让朝鲜的核试验瞬间化作了现实。在亦喜亦悲的百年历程之后，核武再一次给世界带来了忧虑与沉重，此次的核试验也几近成了东亚地区安全的不可承受之重。
在19世纪以前，科学和技术是分离的，科学理论一般落后于传统技术，生产是由人的经验技能推动的，一切创造发明都源于经验。例如瓦特在1768年发明了蒸汽机，是他凭借多年修理机器的经验而创造出来的。在他发明了蒸汽机之后50年，卡诺才从蒸汽机中总结出热力学定律。进入19世纪，科学开始走到技术的前面。例如发电机的发明：1831年英国物理学家法拉第创立了电磁定律，1876年德国的西门子遵循这一定律创造出了发电机。到了20世纪，总是先有科学原理的突破，继而才有发明创造，然后带动生产飞跃。每一项重大发明，都是以科学为先导。因此，以理论突破为起点，从1905年爱因斯坦创立狭义相对论开始拉开了利用核能的序幕，至今核武器已走过百年历程。
巨人烙印
说到核武器，总会谈到爱因斯坦，他揭示的质能相当性，为实现核能的释放和利用完成了理论推导。尽管在他提出著名等式E=mc2之后的许多年里，爱因斯坦本人还认为这个等式没有什么实际意义，但今天依然是根据该式进行相关计算。对于爱因斯坦来说，最负盛名的成就是相对论，但1921年给他颁发诺贝尔物理学奖时，却点评他“因为在数学物理方面的成就，尤其是发现了光电效应的规律”而获奖，足见爱因斯坦在这方面成就的深远意义。爱因斯坦对核武器的另一大贡献就是为劝说美国发展核武器而致信当时的美国总统罗斯福。1939年，一批受法西斯迫害而流亡在美国的世界著名科学家，根据对种种迹象的分析，确信纳粹德国正在研制核武器，一致认为反法西斯国家必须先于法西斯国家造出原子弹，才能避免人类迫在眉睫的浩劫，如何说服当时在反法西斯阵营中有雄厚经济和技术实力的美国刻不容缓地研制原子弹?在费米、西拉德等人游说美国军方应“立即制造原子弹”遭到一次次冷遇之后，他们认识到必须直接上书美国总统，并且大家不约而同想到要爱因斯坦来牵头干这件事。不仅因为他具有强烈的正义感和责任感，对罗斯福总统具有影响力(总统非常敬重他)，更因为他对科学事业具有超凡的理解力和远见卓识。后来人们评说爱因斯坦写给罗斯福总统的这封信是一份反法西斯事业最后胜利的重要保证，是记录人类历史转折的重要文献。
奥本海默被称为“原子弹之父”，最直接的原因应归结于他是美国研制原子弹计划、代号为“曼哈顿工程”的主要技术负责人。“曼哈顿工程”直属美国总统领导，总部设在田纳西州，占地202平方千米，下辖三个基地：从天然铀矿分离出浓缩铀基地、原子弹试验室基地和制造裂变材料钚基地。工程直接动用的人力高峰时多达60万人，总投入20多亿美元(相当于今天的200多亿美元)。1942年，当时只有37岁的奥本海默受命组建属于曼哈顿工程的洛斯阿拉莫斯实验室。实验室所在地虽然人迹罕至，与世隔绝，却很快聚集了众多科学巨星前往工作，以至有人将它嘲讽为“诺贝尔奖金获得者的集中营”。奥本海默以一种近乎宗教虔诚的激情和热忱，履行着他的神圣职责。他自己在原子核理论、量子场论等方面都有很深的造诣，因此对他所领导的研究工作从实验上、理论上和技术上都有深刻的理解。而且他那多年来养成的安祥的、谦逊的处事方式，很便于他对每一件事的了解和对每一个参与工作人员的相处。凭借着他的聪明才智，他既是研究设计首批原子弹工程的指挥员，又是解决具体问题的战斗员，成为曼哈顿工程的灵魂人物。战后，奥本海默对美国继续研制威力更大的氢弹态度冷漠，并与依然热心这一工作的贝特等人发生了冲突。其时，美国麦卡锡主义气焰十分嚣张，奥本海默遭到恶毒诽谤和攻击，联邦调查局对他进行控告。1953年，军事情报机关控告他是“苏联的代理人”、原子弹间谍同案犯。1954年美国政府决定对奥本海默进行审查，他的许多亲朋好友也因此受到牵连。美国科学家联合会158名科学家就政府对奥本海默的处理提出了抗议。1963年，约翰逊总统把原子能委员会的费米奖授予奥本海默，以这种方式为他恢复名誉。奥本海默1966年退休前一直任普林斯顿高等学术研究所所长。1967年2月18日因患喉癌去世，享年仅62岁。
在爱因斯坦推导出著名质能公式m=mc2后的若干年里，他本人之所以不认为该公式有什么实际意义，主要是当时包括爱因斯坦在内的一些世界顶尖科学家都认为从原子中提取有用能量的想法是不可能的。直到1942年，美籍意大利裔物理学家恩里科·费米完成了世界上第一个原子反应堆CP-1(即“芝加哥1号”)的建设，人们才相信核反应是可能的，也是可控的。事实上，费米完成的被称为20世纪最重要的10大实验之一的工作，是找到了一条开发核能的工艺途径。费米被誉为“核能之父”当之无愧。今天，在当初建设核反应堆的美国芝加哥大学网球场旧址，耸立着名为“原子能”的青铜雕塑。费米也直接参加了世界第一批原子弹的研究设计，是奥本海默领导的洛斯阿拉莫斯实验室理事会委员。在原子弹研究领域，费米还有很多建树，特别是他首创用中子轰击原子核产生人工放射性元素。他和助手用中子照射了几乎所有的化学元素，先后发现了60多种人工放射性核素，而且发现许多元素用慢中子照射比用快中子照射，产生放射性的效率更高，也更有效。这些研究成果对于核武器的发展都具有非常重要的意义。
现在大家都知道，研制核武器的裂变材料主要有铀、钚和钍，聚变材料主要有锂、氘和氚。而达到今天这个人所共知的地步，许许多多的科学家和工程师为此做出了不可磨灭的贡献。他们中的绝大部分人，或者从来就没有留名，或者逐渐被人们所淡忘，但他们的业绩将永垂青史。以裂变材料为例，1941年2月，G．T．西伯格(Glenn T．Seaborg)和A．华尔(Anhur Wahl)证实了钚元素的存在，同年5月，E．赛格雷(Emilio Segre’)与西伯 格测定出钚239是比铀235更好的裂变材料，经过很多次的探索，找到了生产钚239的最佳途径。
随着苏联、英国、法国、中国先后拥有各自的原子弹、氢弹，又诞生了一批批各国的“原子弹之父”和“氢弹之父”。
技海撷萃
核武器是一种复杂的高、精、尖作战工具，是一个由若干子系统组成的精密装置，这些子系统的设计与运转是相互关联的。仅就核装置而言，在其外壳内，有许多不可思议的精密仪器：复杂的电子设备，细致加工并进行镀敷的化学或金属部件，经过专门浇注成型的猛炸药。以及胜过精巧智力玩具那样的裂变材料芯。据不完全统计，一枚现代核弹头，包括4000多个零部件。只有当所有的零部件协调动 作时，核武器才是核武器，否则就只是一堆高级废物。毫无疑问，正是方方面面数不清的经验和技术支撑着核武器的高、精、尖。
核武器设计和发展所涉及的众多学科中，热力学和流体力学是两个关键学科。核爆炸过程的环境是：极短的时间、极高的温度、极大的压力、巨大的密度和惊人的能量，因此，只要看一下对核武器设计中所涉及的时间、压力、温度及空间距离等参数是在什么量级上进行取舍，就不难理解核武器设计技术是何等的精密。
首先说一下时间参数。在人类的日常活动中，常用秒、分、时、日、月、年作为时间计量单位。但在原子世界里，一个重原子核俘获一个能量在1兆电子伏左右的中子时，其核处于激发态的时间平均为7x10-15秒，或称7飞秒。该中于的速度约为1．4x106厘米／秒，穿过直径为1．4x10-12厘米的原子核需时约10-18秒。核裂变将结合能变成碎片动能仅需10-20秒。核反应中，一代中子撞击新的原子核产生次代中子的时间间隔约为10‘秒。因此，在核武器设计中，时间通常需以纳秒(ns，10-9秒)为计量单位。洛斯阿拉莫斯实验室的核武器专家们，在实施“曼哈顿工程”的早期，创造了一个他们自己的时间单位——“刹”。它等同于104秒，或10纳秒，是铀核分裂成两个碎片所需要的时间。一个通常的裂变装置，整个放能时间不过几十刹，一个大型氢弹放能时间也只是几百刹。
第二个重要参数是距离。在日常生活中，人们用千米、米、厘米、毫米表示计量单位。而在研究原子和原子核问题时，涉及的是属于强相互作用的将核子结合成为原子核被称为核力的短程力，而不是能够直接观察到的诸如万有引力和电磁力那样的长程力。从原子核的大小以及核子碰撞时的截面估计，核力的力程约为10-13厘米。于是人们引进了费米概念，1费米=10-15米。这是人们为表达对科学家恩里科·费米的崇敬而引进的一个距离单位。
温度是第三个重要概念，它表示冷热程度，是系统原子或分子混合运动的平均动能的度量。科学上常用开氏温度，即绝对温标，其单位为开氏度(K)。在核武器爆炸中，会出现上亿度乃至数亿度的高温，因此，设计时涉及的温度区间为常温到108K。像轻核聚变反应，要在百万度乃至千万度以上才有显著的发生概率。
第四个重要概念是压力，是分子或原子热运动时撞击周围物质上产生力。单位面积上压力(压强)的单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，表示1平方米面积上所受的牛顿力，即N／m2。在核武器设计中，压力是爆轰波、冲击波或物质粒子冲击物质产生的效应。核武器设计工作者常用兆巴为计量单位，用符号Mb表示，1Mb=106b，约等于百万大气压。
最后说一下密度。它是单位体积中所含物质的质量，是组成物质分子或原子密集程度的量度。物质密度通常由克／厘米3(g／cm3)或千克／米3(ks／m3)表示。在裂变与聚变武器燃料中，高密度特别重要。密度高，原子靠得近，高度混乱运动的原子间相互碰撞的可能性就越大，即碰撞频率越高。在裂变物质中，高度密集的结果，使得中子为引起更多的裂变在原子核间必须走的距离(自由程)变短。同时，裂变或聚变材料的密度越大，就越经得起使系统解体的外向力。保持系统垮塌时间很重要，时间维持得越长，放能效率越高；燃耗越大，越能充分利用核材料。如果核燃料系统在核反应时很快膨胀，则可能造成核反应的终止，造成核爆炸的失败。
从核大国走过的道路可以清楚看到，核试验是发展核武器的重要技术措施和前期技术准备。只有通过试验才能确定技术数据，确定如何更改原设计方案，研究不同环境下核爆炸现象和各种杀伤破坏效应的变化规律，也才谈得上进而研究手中核装置的军事用途。真正完成完整的核武器物理设计，没有强大丰富的试验数据库的支持是难以想像的。
核武器设计是一门经验科学，即使像美国这样已经做过了1054次核试验的核大国，也没有一套完全掌握和表达出来、并能依据它“克隆”核武器的定律和方程。核爆炸过程极其迅速，很难按时间历程一个时刻接一个时刻地测量，在许多情况下，科学家往往只能根据爆炸产物或效应来进行推断和估计。人们普遍看好的、在数千次大气层与地下核试验的基础上而建立起来的最先进的计算机模拟，也只是对实际核爆情况的逼近，但的确是核禁试后继续发展先进核武器的可靠拐棍。1995年，美国开始实施“提高战略运算能力计划”(ASCI)，力图使人们有能力模拟热核爆炸的全方位三维爆炸。现在洛斯阿拉莫斯实验室的计算机运算能力已达100万亿次／秒，在某种程度上说，这也许是地球上最强悍的计算机。根据美国媒体透露，美国政府1997年曾与法国秘密签订协议，允许法国分享美国电脑模拟试验得出的数据及相关资料，以提高法国研发新型核武器的能力，加之美国与英国早就签过类似的协议，这就意味着美、英、法三个西方核国家将连成一体。
由于核武器材料的特殊性能以及结构的严格要求，为了确保核武器的安全性和可靠性，各有核国家都使出各自的高招，花费巨大的人、财、物投入不说，还要承受来自国际社会、特别是各种和平与坏保组织的压力。1999年10月13日，美国参议院以51票对48票的表决结果否决了批准《全面禁止核试验条约》的决议案(该条约是1996年9月第50届联合国大会通过的)。这是自1919年美国参议院否决《凡尔赛和约》以来，美国国会第一次拒绝批准一项重要的国际安全条约。对于这一逆潮流的举动，引发国际社会的义愤是理所当然的，但也从另一个侧面说明要有效地维护核武器的性能是何等的困难，要付出何等的代价。事实上，自1994年以来，美国已先后建立了多处模拟核爆炸的设施。其中国家点火工程，主要用于研究氢弹的核聚变过程；国家激光中心，主要用于在不引爆情况下测试核武器；双轴X射流流体力学设施主要用以拍摄次临界状态的核爆过程。即使如此，他们还是无法从根本上摆脱对核试验的依赖。
制造原子弹的核裂变材料主要有铀235和钚239两种。天然铀矿石不仅稀有而且极难提炼(加拿大和澳大利亚是世界上第一和第二大产铀国，2003年的铀矿石产量分别达到1234万和907万千克)。天然铀矿石中铀235含量仅有0．7％，其余都是不能发生链式反应的铀238。从天然铀矿石中提取铀235，首先要把铀238分离出去，再不断提高铀235的浓度，对其进行“浓缩”。铀235的浓缩过程是一个非常复杂的系列工艺流程，需要很高的科技水平。铀235和铀238的化学性质几乎完全相同，无法进行化学分离，只能采用离心法、气体扩散法和激光法 等物理学方法进行浓缩。要想得到一千克铀235，需从铀矿石中提炼出140千克纯金属铀，而铀矿石的需要量则更大，至少是200多吨。这要经过探矿、开采、选矿、浸矿、炼矿、精炼和最后浓缩分离等一系列生产过程。可想而知，即便是本国有铀矿资源，要得到含量达93．5％以上的铀235核武用铀，还需要一个何等庞大的工业体系来支持。
珍闻轶事
1938年12月，德国柏林威廉大学化学研究所科学家哈恩和斯特拉斯曼经过六年时间的研究，发现了铀裂变，掌握了分裂原子核的基本方法。1939年4月，哈塔克向陆军工兵署写信指出：“首先用上它的国家将取得对别国的压倒优势。”德国于当月30日召开了由六位原子科学家参加的“铀设备”会议，并在柏林成立了“德国铀协会”。1940年初，由物理学家魏茨泽克、海森堡、布雷格和施罗德等制定了德国核研究计划，代号为“U工程”。当时德国占领了捷克斯洛伐克，获得了普日布拉姆和雅希莫夫沥青铀矿，同时，德国地质学家在本国东部地区也发现了铀矿，解决了核武器研制的原料问题。1942年，海森堡和德佩尔运用一个球形装置使反应堆得到成功，打开了制造原子弹的大门。
根据德国当时在核技术方面的水平，人们相信德国人可能会在1942年制造出原子弹，但盟军有针对性的轰炸，使德国人的原子弹美梦破灭。制造原子弹离不开反应堆，而建立反应堆又离不开减速剂。德国物理学家布雷格经过反复分析，确认重水(氘和氧化合生成的水)可以作为减速剂。于是希特勒下令扩建在挪威的努尔斯克重水工厂(在1940年德军占领挪威之前几个星期，法国军备部长根据居里夫人女婿约里奥的建议，买走了挪威努尔斯克重水工厂全部约185千克的库存重水)，想在那里生产重水再运往德国。英国得知这一情报后，非常紧张，若让德国人抢先制造出原子弹，后果将不堪设想。五吉尔首相立即下令摧毁努尔斯克工厂并破坏它的重水储存设施。英军空投伞兵去执行这一代号为“炮手”的任务，成功地把德国人用了一年时间所生产的重水全部报销。盟军原以为经过这次破坏，德国人必须花两年时间才能恢复重水生产，但事实上8个月之后该工厂就又能生产重水。盟军司令艾森豪威尔又多次命令出动战机轰炸。希特勒出于无奈，只好下令将剩余的重水和生产设备搬回德国。1944年2月20日，装有努尔斯克工厂剩下的600多千克重水和其余14吨原料液体的“海德”轮船启航开往德国，但启航仅40分钟就爆炸沉入水底。原来是准确截获相关情报的英军早已派出突击队员，提前把定时炸弹安放在“海德”号的主机舱内。随着沉闷的爆炸声，希特勒想抢先造出原子弹的企图也就彻底破灭了。
在谁能研制出世界第一颗原子弹的竞赛中，苏联人曾经离冠军宝座的距离最近。1943年，苏联科学家在没有核反应堆做支持的情况下，仅凭理论估算，竟然也造出一颗核炸弹，并在同年9月10日，在西伯利亚一个荒无人烟的湖心岛上，进行了该弹的爆炸试验，威力约为1700吨TNT当量。试验人员在离炸点1千米外建了一座很深的地下掩体，起爆前10分钟，命令全部人员进入掩体。核物理学家别特尔萨克不相信试验装置有特别的超常威力，固执己见地拒绝进入地下掩体。结果在惊天动地的大爆炸后，这位对原子能科学半信半疑的科学家被炸得无影无踪。既然苏联人这么早就进行过核弹爆炸试验，为什么他们没有第一个造出原子弹呢?原因很简单，他们的上述试验是仅凭理论推算设计的试验件，而要制造能用于实战的原子弹是必须利用核反应堆进行相关精确试验才行的。
几乎所有的人都知道日本人是原子弹的第一个牺牲品，但很少有人知道日本人也是氢弹的第一个牺牲品。1954年3月1日，美国在太平洋中比基尼环礁岛进行一颗氢弹爆炸试验，在那个1500万吨TNT当量的氢弹爆炸时，放射性沉降物顺风蔓延，使长约530千米、最宽处约为100千米的狭长地带受到极其严重的污染。即使在逆风方向，离炸点30千米内的区域，污染也非常严重。放射性微尘严重污染区达1．8万平方千米。偏巧一艘名为“福龙丸”的日本渔船正在距爆炸点200千米处捕捞金枪鱼，船上共有23人。回到日本后，其中1人死亡，幸存的其余所有人员均成了残废。正因为如此，全世界也突然懂得放射性尘埃的致命恐怖。试验前，比基尼岛上的居民事先全部被转移到了其它岛上。25年之后，美国政府本来打算重新向比基尼岛上移民，但经实地考察发现，岛上的生态平衡已遭到彻底破坏，而且无法评估这种状态还要多久才能改观，最后被迫放弃拟议中的移民计划。
印度在1998年的5月连续进行了五次核爆炸试验，使国际社会普遍认为，印度终于跨过了“核门槛”。其实，印度早在1974年5月18日就进行过其历史上的首次核试验。那是一次爆心位于地下107米处的试验，威力约为1．27～1．5万吨TNT当量，爆炸后形成了一个直径100米、深10米的巨大弹坑，并引发了里氏5级的地震。据当年参加试验的拉贾·拉曼纳1997年10月9日对报界披露说，那是一颗原子弹。
1962年从5月初到11月底的古巴导弹危机，被舆论认为是人类历史上最为惊心动魄的一次核危机。整个历程的外交备忘录依然清清楚楚，其实与之相关的活动还远不止备忘录中的记载。在那期间，美国有计划地先后六次进行太空核爆试验。除通常的电磁脉冲现象以外，由于地球磁场会使爆炸释放出来的电子团和质子云加速运行，放射性粒子坏绕地球加速扩散，直至接近光速。这种人为产生的放射带，在数周、甚至数月之内，产生的辐射能量足以影响近地轨道卫星。因此，当时在轨运行的7颗卫星遭到不同程度的破坏，让人们真实地领略了高空核爆的另类影响。
[未完待续] [编辑／李海峰]
在19世纪以前，科学和技术是分离的，科学理论一般落后于传统技术，生产是由人的经验技能推动的，一切创造发明都源于经验。例如瓦特在1768年发明了蒸汽机，是他凭借多年修理机器的经验而创造出来的。在他发明了蒸汽机之后50年，卡诺才从蒸汽机中总结出热力学定律。进入19世纪，科学开始走到技术的前面。例如发电机的发明：1831年英国物理学家法拉第创立了电磁定律，1876年德国的西门子遵循这一定律创造出了发电机。到了20世纪，总是先有科学原理的突破，继而才有发明创造，然后带动生产飞跃。每一项重大发明，都是以科学为先导。因此，以理论突破为起点，从1905年爱因斯坦创立狭义相对论开始拉开了利用核能的序幕，至今核武器已走过百年历程。
巨人烙印
说到核武器，总会谈到爱因斯坦，他揭示的质能相当性，为实现核能的释放和利用完成了理论推导。尽管在他提出著名等式E=mc2之后的许多年里，爱因斯坦本人还认为这个等式没有什么实际意义，但今天依然是根据该式进行相关计算。对于爱因斯坦来说，最负盛名的成就是相对论，但1921年给他颁发诺贝尔物理学奖时，却点评他“因为在数学物理方面的成就，尤其是发现了光电效应的规律”而获奖，足见爱因斯坦在这方面成就的深远意义。爱因斯坦对核武器的另一大贡献就是为劝说美国发展核武器而致信当时的美国总统罗斯福。1939年，一批受法西斯迫害而流亡在美国的世界著名科学家，根据对种种迹象的分析，确信纳粹德国正在研制核武器，一致认为反法西斯国家必须先于法西斯国家造出原子弹，才能避免人类迫在眉睫的浩劫，如何说服当时在反法西斯阵营中有雄厚经济和技术实力的美国刻不容缓地研制原子弹?在费米、西拉德等人游说美国军方应“立即制造原子弹”遭到一次次冷遇之后，他们认识到必须直接上书美国总统，并且大家不约而同想到要爱因斯坦来牵头干这件事。不仅因为他具有强烈的正义感和责任感，对罗斯福总统具有影响力(总统非常敬重他)，更因为他对科学事业具有超凡的理解力和远见卓识。后来人们评说爱因斯坦写给罗斯福总统的这封信是一份反法西斯事业最后胜利的重要保证，是记录人类历史转折的重要文献。
奥本海默被称为“原子弹之父”，最直接的原因应归结于他是美国研制原子弹计划、代号为“曼哈顿工程”的主要技术负责人。“曼哈顿工程”直属美国总统领导，总部设在田纳西州，占地202平方千米，下辖三个基地：从天然铀矿分离出浓缩铀基地、原子弹试验室基地和制造裂变材料钚基地。工程直接动用的人力高峰时多达60万人，总投入20多亿美元(相当于今天的200多亿美元)。1942年，当时只有37岁的奥本海默受命组建属于曼哈顿工程的洛斯阿拉莫斯实验室。实验室所在地虽然人迹罕至，与世隔绝，却很快聚集了众多科学巨星前往工作，以至有人将它嘲讽为“诺贝尔奖金获得者的集中营”。奥本海默以一种近乎宗教虔诚的激情和热忱，履行着他的神圣职责。他自己在原子核理论、量子场论等方面都有很深的造诣，因此对他所领导的研究工作从实验上、理论上和技术上都有深刻的理解。而且他那多年来养成的安祥的、谦逊的处事方式，很便于他对每一件事的了解和对每一个参与工作人员的相处。凭借着他的聪明才智，他既是研究设计首批原子弹工程的指挥员，又是解决具体问题的战斗员，成为曼哈顿工程的灵魂人物。战后，奥本海默对美国继续研制威力更大的氢弹态度冷漠，并与依然热心这一工作的贝特等人发生了冲突。其时，美国麦卡锡主义气焰十分嚣张，奥本海默遭到恶毒诽谤和攻击，联邦调查局对他进行控告。1953年，军事情报机关控告他是“苏联的代理人”、原子弹间谍同案犯。1954年美国政府决定对奥本海默进行审查，他的许多亲朋好友也因此受到牵连。美国科学家联合会158名科学家就政府对奥本海默的处理提出了抗议。1963年，约翰逊总统把原子能委员会的费米奖授予奥本海默，以这种方式为他恢复名誉。奥本海默1966年退休前一直任普林斯顿高等学术研究所所长。1967年2月18日因患喉癌去世，享年仅62岁。
在爱因斯坦推导出著名质能公式m=mc2后的若干年里，他本人之所以不认为该公式有什么实际意义，主要是当时包括爱因斯坦在内的一些世界顶尖科学家都认为从原子中提取有用能量的想法是不可能的。直到1942年，美籍意大利裔物理学家恩里科·费米完成了世界上第一个原子反应堆CP-1(即“芝加哥1号”)的建设，人们才相信核反应是可能的，也是可控的。事实上，费米完成的被称为20世纪最重要的10大实验之一的工作，是找到了一条开发核能的工艺途径。费米被誉为“核能之父”当之无愧。今天，在当初建设核反应堆的美国芝加哥大学网球场旧址，耸立着名为“原子能”的青铜雕塑。费米也直接参加了世界第一批原子弹的研究设计，是奥本海默领导的洛斯阿拉莫斯实验室理事会委员。在原子弹研究领域，费米还有很多建树，特别是他首创用中子轰击原子核产生人工放射性元素。他和助手用中子照射了几乎所有的化学元素，先后发现了60多种人工放射性核素，而且发现许多元素用慢中子照射比用快中子照射，产生放射性的效率更高，也更有效。这些研究成果对于核武器的发展都具有非常重要的意义。
现在大家都知道，研制核武器的裂变材料主要有铀、钚和钍，聚变材料主要有锂、氘和氚。而达到今天这个人所共知的地步，许许多多的科学家和工程师为此做出了不可磨灭的贡献。他们中的绝大部分人，或者从来就没有留名，或者逐渐被人们所淡忘，但他们的业绩将永垂青史。以裂变材料为例，1941年2月，G．T．西伯格(Glenn T．Seaborg)和A．华尔(Anhur Wahl)证实了钚元素的存在，同年5月，E．赛格雷(Emilio Segre’)与西伯 格测定出钚239是比铀235更好的裂变材料，经过很多次的探索，找到了生产钚239的最佳途径。
随着苏联、英国、法国、中国先后拥有各自的原子弹、氢弹，又诞生了一批批各国的“原子弹之父”和“氢弹之父”。
技海撷萃
核武器是一种复杂的高、精、尖作战工具，是一个由若干子系统组成的精密装置，这些子系统的设计与运转是相互关联的。仅就核装置而言，在其外壳内，有许多不可思议的精密仪器：复杂的电子设备，细致加工并进行镀敷的化学或金属部件，经过专门浇注成型的猛炸药。以及胜过精巧智力玩具那样的裂变材料芯。据不完全统计，一枚现代核弹头，包括4000多个零部件。只有当所有的零部件协调动 作时，核武器才是核武器，否则就只是一堆高级废物。毫无疑问，正是方方面面数不清的经验和技术支撑着核武器的高、精、尖。
核武器设计和发展所涉及的众多学科中，热力学和流体力学是两个关键学科。核爆炸过程的环境是：极短的时间、极高的温度、极大的压力、巨大的密度和惊人的能量，因此，只要看一下对核武器设计中所涉及的时间、压力、温度及空间距离等参数是在什么量级上进行取舍，就不难理解核武器设计技术是何等的精密。
首先说一下时间参数。在人类的日常活动中，常用秒、分、时、日、月、年作为时间计量单位。但在原子世界里，一个重原子核俘获一个能量在1兆电子伏左右的中子时，其核处于激发态的时间平均为7x10-15秒，或称7飞秒。该中于的速度约为1．4x106厘米／秒，穿过直径为1．4x10-12厘米的原子核需时约10-18秒。核裂变将结合能变成碎片动能仅需10-20秒。核反应中，一代中子撞击新的原子核产生次代中子的时间间隔约为10‘秒。因此，在核武器设计中，时间通常需以纳秒(ns，10-9秒)为计量单位。洛斯阿拉莫斯实验室的核武器专家们，在实施“曼哈顿工程”的早期，创造了一个他们自己的时间单位——“刹”。它等同于104秒，或10纳秒，是铀核分裂成两个碎片所需要的时间。一个通常的裂变装置，整个放能时间不过几十刹，一个大型氢弹放能时间也只是几百刹。
第二个重要参数是距离。在日常生活中，人们用千米、米、厘米、毫米表示计量单位。而在研究原子和原子核问题时，涉及的是属于强相互作用的将核子结合成为原子核被称为核力的短程力，而不是能够直接观察到的诸如万有引力和电磁力那样的长程力。从原子核的大小以及核子碰撞时的截面估计，核力的力程约为10-13厘米。于是人们引进了费米概念，1费米=10-15米。这是人们为表达对科学家恩里科·费米的崇敬而引进的一个距离单位。
温度是第三个重要概念，它表示冷热程度，是系统原子或分子混合运动的平均动能的度量。科学上常用开氏温度，即绝对温标，其单位为开氏度(K)。在核武器爆炸中，会出现上亿度乃至数亿度的高温，因此，设计时涉及的温度区间为常温到108K。像轻核聚变反应，要在百万度乃至千万度以上才有显著的发生概率。
第四个重要概念是压力，是分子或原子热运动时撞击周围物质上产生力。单位面积上压力(压强)的单位为帕斯卡，简称帕，符号为Pa，表示1平方米面积上所受的牛顿力，即N／m2。在核武器设计中，压力是爆轰波、冲击波或物质粒子冲击物质产生的效应。核武器设计工作者常用兆巴为计量单位，用符号Mb表示，1Mb=106b，约等于百万大气压。
最后说一下密度。它是单位体积中所含物质的质量，是组成物质分子或原子密集程度的量度。物质密度通常由克／厘米3(g／cm3)或千克／米3(ks／m3)表示。在裂变与聚变武器燃料中，高密度特别重要。密度高，原子靠得近，高度混乱运动的原子间相互碰撞的可能性就越大，即碰撞频率越高。在裂变物质中，高度密集的结果，使得中子为引起更多的裂变在原子核间必须走的距离(自由程)变短。同时，裂变或聚变材料的密度越大，就越经得起使系统解体的外向力。保持系统垮塌时间很重要，时间维持得越长，放能效率越高；燃耗越大，越能充分利用核材料。如果核燃料系统在核反应时很快膨胀，则可能造成核反应的终止，造成核爆炸的失败。
从核大国走过的道路可以清楚看到，核试验是发展核武器的重要技术措施和前期技术准备。只有通过试验才能确定技术数据，确定如何更改原设计方案，研究不同环境下核爆炸现象和各种杀伤破坏效应的变化规律，也才谈得上进而研究手中核装置的军事用途。真正完成完整的核武器物理设计，没有强大丰富的试验数据库的支持是难以想像的。
核武器设计是一门经验科学，即使像美国这样已经做过了1054次核试验的核大国，也没有一套完全掌握和表达出来、并能依据它“克隆”核武器的定律和方程。核爆炸过程极其迅速，很难按时间历程一个时刻接一个时刻地测量，在许多情况下，科学家往往只能根据爆炸产物或效应来进行推断和估计。人们普遍看好的、在数千次大气层与地下核试验的基础上而建立起来的最先进的计算机模拟，也只是对实际核爆情况的逼近，但的确是核禁试后继续发展先进核武器的可靠拐棍。1995年，美国开始实施“提高战略运算能力计划”(ASCI)，力图使人们有能力模拟热核爆炸的全方位三维爆炸。现在洛斯阿拉莫斯实验室的计算机运算能力已达100万亿次／秒，在某种程度上说，这也许是地球上最强悍的计算机。根据美国媒体透露，美国政府1997年曾与法国秘密签订协议，允许法国分享美国电脑模拟试验得出的数据及相关资料，以提高法国研发新型核武器的能力，加之美国与英国早就签过类似的协议，这就意味着美、英、法三个西方核国家将连成一体。
由于核武器材料的特殊性能以及结构的严格要求，为了确保核武器的安全性和可靠性，各有核国家都使出各自的高招，花费巨大的人、财、物投入不说，还要承受来自国际社会、特别是各种和平与坏保组织的压力。1999年10月13日，美国参议院以51票对48票的表决结果否决了批准《全面禁止核试验条约》的决议案(该条约是1996年9月第50届联合国大会通过的)。这是自1919年美国参议院否决《凡尔赛和约》以来，美国国会第一次拒绝批准一项重要的国际安全条约。对于这一逆潮流的举动，引发国际社会的义愤是理所当然的，但也从另一个侧面说明要有效地维护核武器的性能是何等的困难，要付出何等的代价。事实上，自1994年以来，美国已先后建立了多处模拟核爆炸的设施。其中国家点火工程，主要用于研究氢弹的核聚变过程；国家激光中心，主要用于在不引爆情况下测试核武器；双轴X射流流体力学设施主要用以拍摄次临界状态的核爆过程。即使如此，他们还是无法从根本上摆脱对核试验的依赖。
制造原子弹的核裂变材料主要有铀235和钚239两种。天然铀矿石不仅稀有而且极难提炼(加拿大和澳大利亚是世界上第一和第二大产铀国，2003年的铀矿石产量分别达到1234万和907万千克)。天然铀矿石中铀235含量仅有0．7％，其余都是不能发生链式反应的铀238。从天然铀矿石中提取铀235，首先要把铀238分离出去，再不断提高铀235的浓度，对其进行“浓缩”。铀235的浓缩过程是一个非常复杂的系列工艺流程，需要很高的科技水平。铀235和铀238的化学性质几乎完全相同，无法进行化学分离，只能采用离心法、气体扩散法和激光法 等物理学方法进行浓缩。要想得到一千克铀235，需从铀矿石中提炼出140千克纯金属铀，而铀矿石的需要量则更大，至少是200多吨。这要经过探矿、开采、选矿、浸矿、炼矿、精炼和最后浓缩分离等一系列生产过程。可想而知，即便是本国有铀矿资源，要得到含量达93．5％以上的铀235核武用铀，还需要一个何等庞大的工业体系来支持。
珍闻轶事
1938年12月，德国柏林威廉大学化学研究所科学家哈恩和斯特拉斯曼经过六年时间的研究，发现了铀裂变，掌握了分裂原子核的基本方法。1939年4月，哈塔克向陆军工兵署写信指出：“首先用上它的国家将取得对别国的压倒优势。”德国于当月30日召开了由六位原子科学家参加的“铀设备”会议，并在柏林成立了“德国铀协会”。1940年初，由物理学家魏茨泽克、海森堡、布雷格和施罗德等制定了德国核研究计划，代号为“U工程”。当时德国占领了捷克斯洛伐克，获得了普日布拉姆和雅希莫夫沥青铀矿，同时，德国地质学家在本国东部地区也发现了铀矿，解决了核武器研制的原料问题。1942年，海森堡和德佩尔运用一个球形装置使反应堆得到成功，打开了制造原子弹的大门。
根据德国当时在核技术方面的水平，人们相信德国人可能会在1942年制造出原子弹，但盟军有针对性的轰炸，使德国人的原子弹美梦破灭。制造原子弹离不开反应堆，而建立反应堆又离不开减速剂。德国物理学家布雷格经过反复分析，确认重水(氘和氧化合生成的水)可以作为减速剂。于是希特勒下令扩建在挪威的努尔斯克重水工厂(在1940年德军占领挪威之前几个星期，法国军备部长根据居里夫人女婿约里奥的建议，买走了挪威努尔斯克重水工厂全部约185千克的库存重水)，想在那里生产重水再运往德国。英国得知这一情报后，非常紧张，若让德国人抢先制造出原子弹，后果将不堪设想。五吉尔首相立即下令摧毁努尔斯克工厂并破坏它的重水储存设施。英军空投伞兵去执行这一代号为“炮手”的任务，成功地把德国人用了一年时间所生产的重水全部报销。盟军原以为经过这次破坏，德国人必须花两年时间才能恢复重水生产，但事实上8个月之后该工厂就又能生产重水。盟军司令艾森豪威尔又多次命令出动战机轰炸。希特勒出于无奈，只好下令将剩余的重水和生产设备搬回德国。1944年2月20日，装有努尔斯克工厂剩下的600多千克重水和其余14吨原料液体的“海德”轮船启航开往德国，但启航仅40分钟就爆炸沉入水底。原来是准确截获相关情报的英军早已派出突击队员，提前把定时炸弹安放在“海德”号的主机舱内。随着沉闷的爆炸声，希特勒想抢先造出原子弹的企图也就彻底破灭了。
在谁能研制出世界第一颗原子弹的竞赛中，苏联人曾经离冠军宝座的距离最近。1943年，苏联科学家在没有核反应堆做支持的情况下，仅凭理论估算，竟然也造出一颗核炸弹，并在同年9月10日，在西伯利亚一个荒无人烟的湖心岛上，进行了该弹的爆炸试验，威力约为1700吨TNT当量。试验人员在离炸点1千米外建了一座很深的地下掩体，起爆前10分钟，命令全部人员进入掩体。核物理学家别特尔萨克不相信试验装置有特别的超常威力，固执己见地拒绝进入地下掩体。结果在惊天动地的大爆炸后，这位对原子能科学半信半疑的科学家被炸得无影无踪。既然苏联人这么早就进行过核弹爆炸试验，为什么他们没有第一个造出原子弹呢?原因很简单，他们的上述试验是仅凭理论推算设计的试验件，而要制造能用于实战的原子弹是必须利用核反应堆进行相关精确试验才行的。
几乎所有的人都知道日本人是原子弹的第一个牺牲品，但很少有人知道日本人也是氢弹的第一个牺牲品。1954年3月1日，美国在太平洋中比基尼环礁岛进行一颗氢弹爆炸试验，在那个1500万吨TNT当量的氢弹爆炸时，放射性沉降物顺风蔓延，使长约530千米、最宽处约为100千米的狭长地带受到极其严重的污染。即使在逆风方向，离炸点30千米内的区域，污染也非常严重。放射性微尘严重污染区达1．8万平方千米。偏巧一艘名为“福龙丸”的日本渔船正在距爆炸点200千米处捕捞金枪鱼，船上共有23人。回到日本后，其中1人死亡，幸存的其余所有人员均成了残废。正因为如此，全世界也突然懂得放射性尘埃的致命恐怖。试验前，比基尼岛上的居民事先全部被转移到了其它岛上。25年之后，美国政府本来打算重新向比基尼岛上移民，但经实地考察发现，岛上的生态平衡已遭到彻底破坏，而且无法评估这种状态还要多久才能改观，最后被迫放弃拟议中的移民计划。
印度在1998年的5月连续进行了五次核爆炸试验，使国际社会普遍认为，印度终于跨过了“核门槛”。其实，印度早在1974年5月18日就进行过其历史上的首次核试验。那是一次爆心位于地下107米处的试验，威力约为1．27～1．5万吨TNT当量，爆炸后形成了一个直径100米、深10米的巨大弹坑，并引发了里氏5级的地震。据当年参加试验的拉贾·拉曼纳1997年10月9日对报界披露说，那是一颗原子弹。
1962年从5月初到11月底的古巴导弹危机，被舆论认为是人类历史上最为惊心动魄的一次核危机。整个历程的外交备忘录依然清清楚楚，其实与之相关的活动还远不止备忘录中的记载。在那期间，美国有计划地先后六次进行太空核爆试验。除通常的电磁脉冲现象以外，由于地球磁场会使爆炸释放出来的电子团和质子云加速运行，放射性粒子坏绕地球加速扩散，直至接近光速。这种人为产生的放射带，在数周、甚至数月之内，产生的辐射能量足以影响近地轨道卫星。因此，当时在轨运行的7颗卫星遭到不同程度的破坏，让人们真实地领略了高空核爆的另类影响。
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