“胖子”(Fat Man)是人類歷史上第二次使用的核航彈,也是歷史上唯二投入實(shí)戰(zhàn)的核彈,另一枚投入實(shí)戰(zhàn)的原子彈為投擲在日本廣島的“小男孩原子彈”。“胖子”的設(shè)計與制造始于1941年開展的“曼哈頓計劃”,1941年12月偷襲珍珠港后,美國正式加入第二次世界大戰(zhàn),并正式開始設(shè)計制造和使用原子彈。直至1945年,美國才有足夠的濃縮鈾[yóu]和钚[bù]用于制造第一枚原子彈。1945 年 7 月 16 日,美國在位于新墨西哥州南部的三位一體試驗(yàn)場進(jìn)行了世界上第一次原子彈試爆。而至此,曼哈頓計劃也成功地完成了制造世界上第一批核彈的使命。
曼哈頓計劃中生產(chǎn)的用于實(shí)戰(zhàn)的原子彈分別為“小男孩原子彈”和“胖子”。其中“胖子”原子彈包含60公斤钚239,長10英尺八吋(3.25米)、直徑五英尺(1.52米),重量為4545公斤,當(dāng)量2.1萬噸三硝基甲苯,其采用了復(fù)雜的“內(nèi)爆法”引爆系統(tǒng),由氣壓、定時、雷達(dá)和沖擊4個不同引信組成。
1945年8月9日,由弗雷德·奧列維、查爾斯·斯威尼機(jī)組駕駛綽號“博克之車”的B-29轟炸機(jī)攜帶“胖子”從天寧島起飛,由于天氣原因,轟炸機(jī)無法在原定目標(biāo)小倉上空投彈,機(jī)組決定轉(zhuǎn)向備選目標(biāo)長崎市,1945年8月9日10時58分,B-29轟炸機(jī)在長崎上空31000英尺(9000米)左右的高空投下了“胖子”,原子彈于日本當(dāng)?shù)貢r間上午11時02分在1800英尺(550米)左右的空中爆炸。
這次轟炸造成的死亡人數(shù)約4萬,傷約6萬,毀壞房屋19587所,破壞面積4.7平方公里。長崎被轟炸五天后,日本天皇宣布投降。第二次世界大戰(zhàn)宣告結(jié)束。
發(fā)展沿革
研制背景
1939年1月,德國科學(xué)家尼爾斯·玻爾訪問美國,帶來了發(fā)現(xiàn)鈾核裂變的消息,在美國引起轟動,因?yàn)楹肆炎儠a(chǎn)生巨大的核能。8月2日,阿爾伯特·愛因斯坦從匈牙利籍物理學(xué)家里奧·西拉德(Leo SzilAMD)那里得知納粹德國已經(jīng)禁止從本國及占領(lǐng)的捷克斯洛代克出口鈾。愛因斯坦和西拉德斷定德國正在制造一種威力空前的武器。兩位科學(xué)家給富蘭克林·羅斯福發(fā)去了一封由西拉德起草,由愛因斯坦簽名的信,正是這封信催生了美國的核彈研制計劃。
而在太平洋地區(qū),日本于1941年4月開始計劃襲擊珍珠港。1941年12月7日,在日本偷襲珍珠港后,美國正式加入第二次世界大戰(zhàn)。由于美國處于戰(zhàn)爭狀態(tài),鈾咨詢委員會得出結(jié)論,原子彈可以及時設(shè)計、制造和使用,會影響戰(zhàn)爭的結(jié)果。為了完成這項(xiàng)任務(wù),美國陸軍工程兵團(tuán)在紐約曼哈頓建立了曼哈頓工程師區(qū),由萊斯利·格羅夫斯準(zhǔn)將領(lǐng)導(dǎo)。
研制歷程
1941年,科學(xué)家們推測,制造原子彈有兩條潛在的途徑。一種途徑是使用鈾235同位素,它平均占天然鈾的不到1%。另一種將使用新發(fā)現(xiàn)的钚元素,這種元素可以在使用鈾燃料的核反應(yīng)堆中生產(chǎn)。為此,美國在田納西州橡樹嶺建造了一個大型工業(yè)綜合體,采用了三種不同的鈾濃縮技術(shù)用于生產(chǎn)濃縮鈾,還建造了一個試驗(yàn)反應(yīng)堆和化學(xué)分離廠,以生產(chǎn)有限數(shù)量的钚。一個用于生產(chǎn)钚的巨大工業(yè)綜合體在華盛頓州漢福德建成。該綜合體擁有規(guī)模巨大的反應(yīng)器、化學(xué)分離工廠和燃料制造設(shè)施。盡管設(shè)施的設(shè)計和建造速度很快,但橡樹嶺和漢福德工廠的生產(chǎn)卻緩慢而困難。直到 1945 年中期,才有足夠的濃縮鈾和钚用于制造第一顆原子彈。。
曼哈頓計劃于1942年進(jìn)行了重組,交給美國軍政委員會,由萊斯利·格羅夫斯將軍負(fù)責(zé)。格羅夫斯起用理論物理學(xué)家羅伯特·奧本海默(RobertOppenheimer)。他從1941年秋開始,參加了美國研制原子武器的工作,1942年受命組建曼哈頓計劃中的洛斯阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室,為第一顆原子彈的制造作出了重要貢獻(xiàn),被譽(yù)為“羅伯特·奧本海默”。從1942年8月13日起,整個研制計劃使用了代號“曼哈頓工程”,原子科學(xué)家也統(tǒng)稱為“科學(xué)工作者”,并且實(shí)行了嚴(yán)格的軍事保密制度和隔離制度。這項(xiàng)計劃雇傭了美國、英國、加拿大等各國人士超過13萬人,其中不乏眾多諾貝爾獎得主。包含了當(dāng)時的三個主要的實(shí)驗(yàn)室——華盛頓哥倫比亞特區(qū)漢福德、田納西州橡樹嶺以及位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯。1943年,羅伯特·奧本海默被任命為洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室主任,成為原子彈研制設(shè)計的總負(fù)責(zé)人,而這座由農(nóng)場學(xué)校改造的實(shí)驗(yàn)室有一個更為熟知的代號——“Y地點(diǎn)”,在整個“曼哈頓計劃”期間,美國原子彈的理論基礎(chǔ)與設(shè)計均出自該實(shí)驗(yàn)室。
測試情況
制造原子彈本身并不是一項(xiàng)容易的任務(wù)。為了獲得尺寸和形狀的最佳規(guī)格,需要進(jìn)行精確的計算和無數(shù)小時的實(shí)驗(yàn)。1943年初,格羅夫斯將軍在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯建立了一個炸彈設(shè)計和開發(fā)實(shí)驗(yàn)室,科學(xué)家們在羅伯特·奧本海默的領(lǐng)導(dǎo)下,以簡單的槍式構(gòu)型產(chǎn)生臨界質(zhì)量和核爆炸來測試鈾彈。但在1944年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)槍式構(gòu)型對钚沒有作用,因此轉(zhuǎn)向了理論上極其復(fù)雜的內(nèi)爆法。1945 年 7 月 16 日,由于不確定這種方法是否有效,項(xiàng)目組在新墨西哥州南部阿拉莫戈多測試了內(nèi)爆法構(gòu)型的原子彈“三一”。該試驗(yàn)成功引發(fā)了世界上第一次人為核爆,開啟了核時代。曼哈頓計劃也宣告結(jié)束。
使用情況
1945年,第二次世界大戰(zhàn)已接近尾聲,4月底,由五位政府官員與三位科學(xué)家組成了一個“臨時委員會”,委員會做出了盡快向日本使用原子彈的建議,并呈報哈里·S·杜魯門總統(tǒng)。1945年5月8日德國法西斯主義無條件投降,7月26日,美國、英國和中原地區(qū)三國發(fā)表《波茨坦公告》,敦促日本迅速無條件投降,日本政府置之不理。因此,哈里·杜魯門總統(tǒng)任命的目標(biāo)委員會開始決定哪些日本城市將遭受原子彈轟炸,但此次的選定并未將長崎列為首選。相反,他們將小倉確定為繼廣島之后的第二個目標(biāo)。在九州島上擁有 13 萬人口的小倉市,是日本最大的軍械工廠所在地之一。美國人知道這一切,但他們的常規(guī)轟炸行動卻沒有瞄準(zhǔn)這座城市。這就是目標(biāo)委員會認(rèn)為這將是核轟炸廣島之后的下一個目標(biāo)的原因。
而長崎市距小倉約160公里,人口約263,000人,還有一些重要軍事設(shè)施,包括三菱的兩座兵工廠。長崎也是一個重要的港口城市。與小倉和廣島一樣,它在此前也未受到美國常規(guī)轟炸的嚴(yán)重影響。
1945年8月6日,美國軍隊(duì)向廣島市市內(nèi)投下一顆代號為“小男孩原子彈”的鈾彈,導(dǎo)致廣島市24.5萬人中有20萬人死傷,城市化為一片廢墟。在廣島遭到轟炸的幾天后,美國決定使用“胖子”。原因一方面是因?yàn)?a href="/hebeideji/7203268384938917920.html">日本的氣候多變,臺風(fēng)或其他重大天氣事件可能會迫使部署推遲數(shù)周;另一方面美國想通過接連的原子彈轟炸,讓日本相信美國有大量的核彈,并準(zhǔn)備繼續(xù)使用它們,直到日本最終投降。美國最后決定在1945年8月9日向日本再次投下“胖子”。
1945年8月9日凌晨3時47分,查爾斯·斯威尼少校駕駛的“博克之車”號從天寧島起飛,機(jī)上攜帶钚彈“胖子”。目標(biāo)是日本的小倉市。在博克之車起飛之前,機(jī)組長告知斯威尼少校,飛機(jī)其中的一個燃料輸送泵不能進(jìn)行工作,無法將另一個油箱的2366升燃料輸送到位。這代表著在27444升的總?cè)剂县?fù)荷中有近9%無法使用。但斯威尼少校決定無論如何都要起飛。雖然此前指揮官保羅·蒂貝茨上校的命令是,轟炸機(jī)在集合點(diǎn)等待時間不能超過15分鐘,但由于“大臭”號未能按時抵達(dá),斯威尼少校還是選擇在集合點(diǎn)繼續(xù)等待30分鐘。與此同時,兩架負(fù)責(zé)氣象偵察的B-29轟炸機(jī),艾諾拉·蓋號和Laggin‘Dragon,分別抵達(dá)主要目標(biāo)小倉和次要目標(biāo)長崎市上空。這兩個城市的天氣都在任務(wù)參數(shù)范圍內(nèi)。但在等待的過程中,小倉上空的天氣惡化了。
10時44分,博克之車抵達(dá)小倉上空時,因?yàn)樵茖诱趽趿艘暰€,使得飛機(jī)難以找到目標(biāo)點(diǎn),戰(zhàn)略轟炸機(jī)三次試圖投放原子彈,但投彈手均未能看到目標(biāo)。查爾斯·斯威尼少校決定轉(zhuǎn)向小倉以南160公里的第二個目標(biāo)長崎市。由于燃油泵故障造成的延誤和燃料余量下降,斯威尼在飛往備用目標(biāo)過程中降低了發(fā)動機(jī)功率,試圖節(jié)省可用燃油。10時58分,斯威尼少校駕駛博克之車抵達(dá)長崎市后,當(dāng)時的云霧很大。就在飛機(jī)燃料快要耗盡時,云層中才顯露出一個洞,轟炸機(jī)投彈手科米特上尉表示他可以看到目標(biāo)。“胖子”于上午11時01分從 9,144 米高空被投放,墜落 43 秒后,原子彈在 594 米的高度爆炸。它偏離預(yù)定目標(biāo)點(diǎn)近 2.4 公里,并在浦上山谷上空爆炸,位于三菱鋼鐵武器工廠和三菱浦上軍械工廠之間。。一團(tuán)褐色的蘑菇云從地平線升起,中間的氣團(tuán)形成一根直柱,不斷地沸騰翻滾,呈現(xiàn)出彩虹般的顏色。投放完炸彈后的“博克之車”號由于飛機(jī)燃料嚴(yán)重不足,無法到達(dá)硫磺島,斯威尼決定轉(zhuǎn)飛沖繩機(jī)場。當(dāng)“博克之車”降落在跑道上時,一臺發(fā)動機(jī)因燃料不足而熄火。在飛機(jī)在跑道上停穩(wěn)時,第二臺發(fā)動機(jī)的燃料也用完了。
據(jù)估計,“胖子”當(dāng)量相當(dāng)于2.1萬噸三硝基甲苯的爆炸力,比“小男孩原子彈”大近40%。但長崎市周圍的山丘一定程度上限制了最初的爆炸與損害。盡管如此,長崎大約60%的地區(qū)被毀,約4萬人喪生。到1945年12月,該市25萬居民中至少有8萬人死亡。在長崎被轟炸五天后,日本天皇承認(rèn)他的國家現(xiàn)在面臨徹底的毀滅,同意投降。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束了。
基本設(shè)計
總體設(shè)計
“胖子(Fat Man)”是第二次世界大戰(zhàn)時美國在日本長崎投擲的原子彈的名稱。該型原子彈長3.25米,寬1.52米,重量4898千克,是戰(zhàn)爭中使用的第二種核武器。
“胖子”這種蛋形武器被命名為Mark III,內(nèi)部有一個直徑9.17厘米、重6.15公斤的钚239球體,中心有一個2.1厘米的空腔。鈹中子引發(fā)劑就在這個空腔里。钚球被直徑為 22.86 厘米、質(zhì)量為 108 公斤的鈾搗棒包圍。該核組件裝在硼/丙烯酸外殼中,周圍環(huán)繞著約 2,390 公斤的高爆炸藥,由成分 B 和巴拉托組成。炸藥形成在“透鏡”中,能夠以非常精確的方式將力引導(dǎo)到內(nèi)部。目的是將钚壓縮(或內(nèi)爆)至更大的密度,從而產(chǎn)生“臨界質(zhì)量”。。
技術(shù)原理
1938年德國科學(xué)家哈和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了重金屬U235原子核的裂變現(xiàn)象。鈾原子核裂變時釋放出巨大的能量,這個能量來源于原子核內(nèi)核子的結(jié)合能,能量值與核裂變時的質(zhì)量損失相關(guān)。核燃料發(fā)生鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)才能釋放原子核中的能量。所謂鏈?zhǔn)椒磻?yīng),就是指鈾235被一個中子撞擊分裂后,放出2-3個多余的中子,這些中子再撞擊到另外的原子核,引發(fā)更多次裂變,像鏈條一樣傳遞下去。
原子彈是利用鈾235或钚239的原子核自持裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)原理制成的核武器,也稱為“裂變核武器”。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可自持地進(jìn)行下去,原子彈中的裂變裝料必須大于一定的質(zhì)量,這一質(zhì)量稱為“臨界質(zhì)量”。臨界質(zhì)量的大小與裂變裝料的種類、密度等因素有關(guān)。
原子彈就是使處于次臨界狀態(tài)的裂變裝料瞬間達(dá)到超臨界狀態(tài)。根據(jù)超臨界狀態(tài)實(shí)現(xiàn)方式的不同,原子彈可分為槍式結(jié)構(gòu)和內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)兩種。內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)需要把核燃料制成球形,球的外殼是反射層,球的外圍要均勻地放滿炸藥。需要引爆時,球外圍的炸藥同時起爆產(chǎn)生極高的壓力向內(nèi)擠壓核燃料,讓它迅速向中心內(nèi)聚。核燃料的密度瞬間增加,超過臨界點(diǎn)后,再利用中子源釋放中子,引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(核爆炸)。相比槍式結(jié)構(gòu),內(nèi)爆法需要的燃料質(zhì)量更小,核燃料反應(yīng)率更高。
“胖子”使用的是內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)引爆的钚239原子彈,其核裂變?nèi)剂鲜?a href="/hebeideji/8991329025959881469.html">δ相钚合金,只用了6.2千克就達(dá)到了21000噸 三硝基甲苯當(dāng)量的威力,核燃料的利用率有了顯著的提高。
引爆原理
胖子是內(nèi)爆式钚彈。在內(nèi)爆式結(jié)構(gòu)中,將高爆速的烈性炸藥制成球形裝置,將小于臨界質(zhì)量的核裝料制成小球,置于炸藥中。通過電雷管同步點(diǎn)火,使炸藥各點(diǎn)同時起爆,產(chǎn)生強(qiáng)大的 向心聚焦縱波(又稱內(nèi)爆波),使外圍的核裝藥同時向中心合攏,使其密度大大增加,也就是使其大大超臨界。再利用一個可控的中子源,等到壓縮波效應(yīng)最大時,才把它“點(diǎn)燃”。這樣就實(shí)現(xiàn)了自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng),導(dǎo)致極猛烈的爆炸。
由于內(nèi)爆式钚彈是一種嶄新的設(shè)計,因此美國在使用前,先在1945年7月16日新墨西哥州試爆了另一枚同一模式,稱為“小玩意”(Gadget)的原子彈。結(jié)果試驗(yàn)非常成功,得到的當(dāng)量達(dá)二萬公噸,比原先預(yù)計高出二至四倍。
投放工具
“胖子”原子彈是由名為博克之車的B-29-35-MO“超級堡壘”轟炸機(jī)運(yùn)載投放。這架編號44-27297的戰(zhàn)略轟炸機(jī)是一架經(jīng)過特殊改裝的“銀板”B-29轟炸機(jī)。“銀板”B-29在許多方面與標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的轟炸機(jī)不同。改裝的“銀板”B-29較標(biāo)準(zhǔn)B-29輕了3266公斤。這種改裝的B-29沒有裝甲,在后炸彈艙安裝了額外的油箱,炸彈艙門由快速氣動系統(tǒng)控制,前炸彈艙的釋放機(jī)構(gòu)被英國蘭開斯特特種轟炸機(jī)使用的單點(diǎn)釋放機(jī)構(gòu)所取代。駕駛艙增加了一個武器控制站,用于監(jiān)控特殊的炸彈系統(tǒng)。
博克之車有四臺風(fēng)冷、增壓、排量54.858升的R-3350-41兩排18缸發(fā)動機(jī),采用直接燃油噴射。它在海平面2400轉(zhuǎn)/分時的額定馬力為2000馬力,在2800轉(zhuǎn)/分起飛時的額定功率為2200馬力。發(fā)動機(jī)通過0.35:1的齒輪減速驅(qū)動直徑為5.080米的四葉柯蒂斯電動可逆螺距螺旋槳。這種航空發(fā)動機(jī)單臺長1.93米,直徑1.41米,重1236公斤。
博克之車的巡航速度為每小時354公里,最高速度為每分鐘587公里。其爬升上限為9708米,作戰(zhàn)半徑為4667公里。
性能參數(shù)
影響
日本于1945年8月15日宣布無條件投降,9月2日簽署投降書。第二次世界大戰(zhàn)至此結(jié)束。但是核彈從此開始威脅全人類。
1945年8月9日“胖子”原子彈最初的爆炸可能造成長崎市40000人死亡。到1946年初,又有3萬人死亡。在1946年至1951年的五年里,長崎爆炸事件直接造成了超過10萬人死亡。
1945年美國用核航彈轟炸廣島市和長崎,也使日本人民遭受到軍國主義者發(fā)動侵略戰(zhàn)爭帶來的嚴(yán)重災(zāi)難。日本人民親身體驗(yàn)了原子彈造成的無窮遺患。美國在戰(zhàn)后組建了原子彈傷亡委員會(ABCC),以及其后繼者輻射效應(yīng)研究基金會(RERF),對原子彈幸存者及其子女進(jìn)行了流行病學(xué)和遺傳學(xué)研究。該研究計劃為輻射健康標(biāo)準(zhǔn)提供了主要依據(jù)。
后世紀(jì)念
天寧島的出名是因?yàn)?a href="/hebeideji/3022969177192637096.html">第二次世界大戰(zhàn)中美國投向廣島市和長崎市的兩顆原子彈都是從這里裝載起飛的,現(xiàn)在島上留有當(dāng)時原子彈裝載遺址(Atomic Bomb Pits)。與“小男孩原子彈” “胖子”同型號但已拆除核心部件的原子彈以及執(zhí)行任務(wù)的“博克之車”號B-29轟炸機(jī)目前在代頓市的美國國家空軍博物館永久展出,每年有130多萬游客前來參觀。
廣島市、長崎每年8月舉行大規(guī)模紀(jì)念活動,長期舉行關(guān)于核爆的展覽、教育和宣傳,但很少提及原子彈攻擊日本的歷史背景,更幾乎不提遭日本侵略國家所受損失。
相關(guān)評價
2014年7月28日,第二次世界大戰(zhàn)中執(zhí)行美國軍隊(duì)向廣島投擲核航彈任務(wù)的小組最后一名在世成員西奧多·范柯克去世,其生前接受媒體采訪曾表達(dá)對原子彈和戰(zhàn)爭的厭惡,但堅(jiān)持認(rèn)為對日本投下原子彈是正確的決定,因?yàn)檫@加速了日本軍國主義投降,從長期角度看是“挽救生命”。范柯克說,“老實(shí)說,我認(rèn)為使用原子彈從長期講挽救了生命,挽救了許多生命,而絕大多數(shù)被挽救的生命是日本人。”范柯克表示,美國當(dāng)時還準(zhǔn)備對日本本土展開登陸作戰(zhàn)。比起美軍對日本長時間狂轟濫炸以及登陸作戰(zhàn)對雙方帶來的人員傷亡預(yù)期,原子彈是兩害相權(quán)取其輕的決定。
另一名執(zhí)行原子彈轟炸廣島市任務(wù)的美國飛行員保羅·蒂貝茨一生也從未后悔當(dāng)年向日本投下原子彈。他說:“很多日本人主觀地認(rèn)為我會為轟炸廣島而感到內(nèi)疚、良心備受譴責(zé)。但事實(shí)上,我為什么要感到內(nèi)疚呢?!我親眼看過有關(guān)南京大屠殺的紀(jì)錄片,看到過日本士兵用刺刀把胎兒從中國孕婦的肚子里挑出來的場景。這樣的暴行,并不比我向他們?nèi)?a href="/hebeideji/1201439976282972097.html">原子彈仁慈多少。日本人只強(qiáng)調(diào)他們遭到原子彈轟炸,卻沒有想過發(fā)生這一事件的原因。”“哈里·S·杜魯門總統(tǒng)的決定是正確的”--這是美國兩黨和每一位總統(tǒng)的信條。雖然里根總統(tǒng)曾為美國在第二次世界大戰(zhàn)期間隔離國內(nèi)的日裔美國人而道歉,但美國不會對在日本投下核航彈而感到愧疚。
參考資料 >
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您有一份原子彈制造指南,請查收.人民號.2024-03-09
70年前的今天,世界第一顆原子彈成功爆炸!.中國軍網(wǎng).2024-03-09
日本核爆受害者之子:核爆根源是日本的戰(zhàn)爭加害.搜狐網(wǎng).2024-03-09
美軍轟炸日本原子彈在美空軍博物館永久展出.中國軍網(wǎng).2024-03-09