小男孩、胖子和巨神——辐射中出现的核武器原型（其二）

在核大战前夕，虽然弹道导弹已然大行其道，但是以纯空投形式进行部署的核武器仍在服役。据悉，目前已知在最为夸张的核炸 弹被认为具有兆吨级的爆炸当量，在位于华盛顿特区废土的康斯坦丁要塞中仍然大量地存放着这种编号为C-23的武器，甚至还有一个定居点因为正中心有一颗战前遗留至今的该型核弹而被冠以兆吨镇的名字。

在战前美国还装备有一种MK.28型核炸 弹，它的轮廓和首都废土常见的C-23核炸 弹有些形似，但是尺寸显然天差地别。在战前，美国曾经试图将这种核炸 弹的战斗部拆卸出来和弹道导弹结合到一起以提升自己的核武库战斗能力，因此有大批MK.28被运送到警戒者基地进行测试，但在测试最终完成之前核大战就已经爆发，警戒者营地周边区域全部被高强度的核辐射所笼罩，在核战后的两个多世纪里甚少有人敢于踏入这片被后来人称为“发光海”的区域，因此这个强大的核武库也就一直没有受到外人的打扰——但凡事总会有例外，在废土之上，一些势力或是凭借着精良的装备，或是凭借着宗教的狂热，对探索此地并没有那样多的顾忌……

可以肯定的是，不论是C-23还是后来的MK.28在技术上都和美国在实战中使用的第二颗原子弹“胖子”有着深厚的渊源。如其名称所属，“胖子”的造型的确就是这样地圆润，和相对较为细长的“小男孩”正好是两个极端。

除去C-23或是MK.28这样的大家伙之外，在核大战爆发前夕才开发完成的肥男发射器不仅在弹药的造型上，也在名称上继承了“胖子”的名号。

“胖子”是美国于1945年8月9日投放到长崎的原子弹的代号，它是目前为止人类战争史上第二枚应用于实战的核武器，它的爆炸也是人类历史上制造的第三次核爆炸（前两次分别为三位一体核试验和小男孩轰炸广岛）。这枚原子弹由洛斯阿拉莫斯实验室制造，采用钚元素作为装药，并最终由“博克斯卡”号B-29“超级空中堡垒”轰炸机投放到长崎。

“胖子”这个代号可以说恰到好处地描绘了这颗原子弹的造型，它的正式编号则是MKIII。这颗原子弹采用内爆式结构，以一个实心的钚核为核反应装药。“胖子”是第二枚采用这种结构的原子弹（第一枚是三位一体核试验中引 爆的“小工具”），在战后于比基尼环礁处进行的十字路口核试验中，美军又测试了两枚同样构型的核弹。至1947至1949年间，“胖子”型核弹共生产了约120枚，随后更新型的MKIV核弹取代了它的位置。所有的“胖子”核弹均于1950年退役。

先期决策：

1942年6月，在军方正式接管战时核研究之前，罗伯特·奥本海默在芝加哥举行了一场会议，随后的7月份他和其它科学家在加利福尼亚州的伯克利市也就相同话题进行了讨论。与会者在会选择了枪式构型（也就是“小男孩”采用的构型）作为发展方向，但理查德·C·托尔曼提出了另一种构想，也就是内爆式构型。只不过，此时内爆式构型尚未引起特别大的关注。

在1942年时，关于钚弹是否可行的争论仍在进行当中，英国原子弹项目“合金管工程”的总监华莱士·埃克斯在12月14号如是告知詹姆斯·布莱恩特·柯南特：“詹姆斯·查德威克已经得出结论，因为杂质的存在，钚用于核武器的裂变材料并不可行。”柯南特随即就相关话题分别咨询了恩赖斯特·劳伦斯和亚瑟·康普顿，他的咨询对象承认伯克利和芝加哥的研究者都对这个问题心知肚明，但也没有现成的解决方案。柯南特随后将此事告知曼哈顿工程的负责人莱斯利·理查德·格罗夫斯中将，后者随即下令成立一个由劳伦斯、康普顿、奥本海默和麦克米兰组成的特别委员会来研究这一问题。委员会最终得出结论：只要钚的纯度能够提高，一切问题都可以解决。

在1943年时，奥本海默重新检视了自己的研究方向，并仍然将主要精力放在枪式原子弹构型上，但他还是在洛斯阿拉莫斯的实验室中成立了一个由赛特·内德梅耶领导的E-5研究小组对内爆式构型进行研究。理论上内爆式构型的原子弹的反应效率要远高于枪式构型，因为在高压状态下裂变材料的反应会更加迅速——也就是会进行的更加彻底。但此时枪式钚弹的研究仍然占据了钚弹项目的绝大多数精力，因为这一构型存在的不确定性最小，而且其时尚有观点认为若研究成功则枪式构型的铀弹通过更换装药可以方便地改装成钚弹。

命名：

枪式构型和内爆式构型的钚弹分别被赋予了“瘦子”与“胖子”的绰号。这两个名字都是奥本海默以前的学生，而今也同样为曼哈顿工程效力的罗伯特·瑟伯尔所起，而命名的原因也实在是显而易见：“瘦子”就真的细细长长，而“胖子”也确实滚圆。前者的名字源自达希特·哈米特所著的侦探小说《要命的瘦子》和同名系列电影，后者的名字则出自电影《马耳他之鹰》中悉尼·格林斯特里特饰演的角色。“小男孩”这个名字是备选方案之一，但在这里尚未被采用。当然，我们都知道后来这个名字有多出名。

研发：

内德梅耶放弃了由瑟伯尔和托尔曼提出的最初的拼接式的内爆式原子弹方案，转而寻求********外壳包裹着的中空球体。休伊·布莱德纳、查尔斯·克里奇菲尔德和约翰·施特莱伯协助他一道进行着这方面的研究。1943年6月，L.T.E.汤普森也被请来作为顾问，并与内德梅耶讨论了这个问题。汤普森对于爆破施压过程是否能够做到精准对称有所疑虑，于是奥本海默安排内德梅耶和艾德文·麦克米兰前往国防研究委员会所辖的位于宾夕法尼亚洲布鲁斯顿矿务局实验室附近的爆炸实验室进行实验，在那里他们将和乔治·基斯嘉科夫斯基的团队展开合作。内德梅耶在7月和8月间进行的管道内爆实验未取得成功，实验的目标是在起爆后收获一个整齐的圆柱体，但实验结果却只产生了一堆表面扭曲形同石砾的东西。此时内德梅耶是唯一一个对内爆构型充满信心的人，而他的这种热忱成了推进内爆型原子弹项目的唯一动力。

1943年9月，奥本海默将约翰·冯·诺依曼请到了洛斯阿拉莫斯检视内爆构型。在细读过内德梅耶的研究报告并与爱德华·泰勒仔细讨论之后，冯·诺依曼建议使用成型装药来包裹实心球体以继续试验，这样不仅可以保证内爆式构型的核裂变材料能够以比枪式构型的组装速度更快，也能够极大地缩减核材料的用量（因实心球体密度远高于空心）。这个新模型的提出建立在这一理论基础之上：在战前泰勒曾经和乔治·加莫夫一道研究过地核，对于高密度金属在极大压强下的压缩现象有着充分的认知。由是他认为在常规炸 药引爆之后，钚材料在如此压力之下也会压缩。这个对于更高效的核武器的设想打动了奥本海默、泰勒还有汉斯·贝特，但他们仍然决定先征求一下爆破专家的意见——基斯嘉科夫斯基的名字立刻蹦了出来，他在1943年10月被邀请成为这一项目的顾问。

至1944年4月为止，内爆式构型的原子弹项目始终被定为称备用计划。其时埃米利奥·塞格雷带领的P-5研究小组在洛斯阿拉莫斯进行的实验表明，产自位于橡树岭的X-10石墨堆和位于汉佛德的B反应堆的钚材料含有钚-240同位素杂质，而产自环形加速器的钚材料中钚-240的含量要小得多。这种同位素有着比钚-239要大得多的自发裂变速率和辐射性，这意味着反应堆产生的钚材料在达到临界质量之后很可能会不可控地自发引发链式反应。而反应堆出产的钚材料无可避免地会混入这种杂质。这就使得如果要采用枪式构型，为避免钚材料自发产生链式反应，“枪管”的长度必须要非常之长以确保“弹”与“靶”分离——长到没有任何当时服役的轰炸机能够装下的程度。由此，内爆型构型成为了钚弹唯一现实的构型。

在1944年7月17日于洛斯阿拉莫斯举办的会议上，采用枪式构型的钚弹方案正式被认定为不具备可行性，此后所有关于枪式构型的研究将集中在使用浓缩铀为核装药的“小男孩”上，而洛斯阿拉莫斯实验室将被重组并将所有的精力投入到内爆式构型的“胖子”身上。使用成型炸 药来完成三维引爆的想法最初由詹姆斯·L·塔克提出，后由冯·诺依曼完善。为保证多处炸 药同时引爆，路易斯·阿尔瓦雷斯和劳伦斯·约翰斯顿联手研制了起爆时间更为精确电桥式电雷 管起爆装置以取代老式的导爆索。罗伯特·克里斯蒂的计算结果则揭示了在亚临界状态下的实心钚球如何在受爆压缩之后进入临界状态，由此极大地简化了项目的实现难度（早期的计算工作都是针对空心球壳的压缩进行的，显然十分复杂）。在克里斯蒂的报告出炉之后，这种以实心钚球为核心的武器就被戏称为“克里斯蒂的小工具”了。

现在，冶金学家头疼的时候到了：如何将钚球浇筑成为一个球体并保证质地的均匀十分不易。起初浇筑后钚球的密度不均被认为是掺入杂质之故，但随后的研究表明在成型的钚球中存在多种金相：在室温下存在的质地较脆的α金相在较高温度下会转化为塑性较强的β金相，而在更高的300至500摄氏度（570至840华氏度）下还会有塑性更强的δ金相出现。最初的解决方案是在钚球中掺入铝以确保它在室温下金相的稳定，但铝在受到阿尔法粒子轰击时会向外辐射中子，这很显然会增大钚元素自发反应的可能，因此后来冶金学家改而使用镓作为金相稳定的元素，将钚镓合金球在高温状态下（稳定在δ相）热压成球型。又有，因为钚元素易受腐蚀的特性，成型的钚球表面还镀有一层镍。

受当时可用载具尺寸的影响，胖子的尺寸是受到一定限制的。在当时能够携带这种炸 弹的仅有英国的兰开斯特轰炸机和美国的B-29超级空中堡垒而已，而后者在二战时乃是轰炸机发展的巅峰之作，在最大起飞重量、航程、航速、升限和生存能力方面已无出其右者，由此B-29成为了投放“胖子”的不二选择。受B-29规格所限，“胖子”的尺寸和重量被限定在最大长度11英尺（3.4米）、最大宽度5英尺（1.5米）、最大重量20000磅（9100千克）的范围之内，在移除炸 弹导轨的情况下，弹体宽度的限制可以放宽到5.5英尺（1.7米）。

炸 弹的投放测试始于1944年3月，测试结果表面炸 弹超重，使得测试机“银盘”进行了一些改装。高速摄像机拍摄到的画面显示，在高压下炸 弹的尾翼并未展开，导致投放后弹体姿态不稳，于是各种稳定装置的测试随之展开，直到最终一种绰号“加利福尼亚降落伞”的尾翼构型被采用为止。这种构型在弹体尾部设置有一个中空的方形框架，通过八片尾翼将框架与弹体连接到一起（四片尾翼垂直于框架，四片与框架成45°角）。在早期的投放测试中，“胖子”的模拟弹偏离了目标约1867英尺（566米），但在驾驶员变得熟练之后，投弹的精度就高了很多，至6月时，投弹的误差已经缩小到了最初的一半。

早期的Y-1222“胖子”模型整整使用了1500个螺栓才装配到一起，这个模型在1944年12月份被Y-1291模型取代。新模型重新设计之处颇多，仅保留了原Y-1222的尾翼设计。随后陆续出台的模型有：配有72个雷 管的Y-1560、配有32个雷 管的Y-1561、配有132个雷 管的Y-1562和根本不配备雷 管仅作训练之用的Y-1563和Y-1654。最终的战时设计Y-1561仅需90个螺栓就可装配完毕。

1945年7月16日，Y-1561型“胖子”，也就是“小工具”，在新墨西哥州的测试场地中成功引爆，这就是著名的“三位一体”核试验。爆炸相当于20千吨级的当量（84TJ的能量）。在此次核试之后，“胖子”的设计又经过了些许修改，但据菲利普·莫里森所述：“有一些重大的变化……但基本的那些东西差不多还是那样。”

内部构造：

弹长128英寸（3300毫米），弹径60英寸（1500毫米），弹重10300磅（4700千克）。

起爆：

在接到起爆信号之后，包裹在最外层的常规炸药就会被同时引爆，随后较内层的装药也被引爆，由此形成一个向内的球形波，这个冲击波并不直接抵达核装置的核心，而是先向内挤压较为柔软的铝金属层（由此可以最大限度消除冲击波中存在的涡流干扰），铝层继续向内运动，挤压核装置的核心，最终使其密度达到初始状态的两倍之多——调制中子起爆器释放自由中子，裂变反应开始，包裹着核心的贫铀发射层保证了裂变反应能够更快速更充分地进行。

在总共6.19千克（13.6磅）的核装药中有约1千克（2.2磅）发生了裂变反应，占总核装药的16%，在反应中湮灭的质量为1克（0.035盎司），释放了21千吨当量（88TJ）的能量。

轰炸长崎：

首个钚核和它的调制中子引爆器一道被安置在菲利普·莫里森专门为其设计的镁制野外设备输送箱中，由阿伯尔塔工程（隶属于曼哈顿工程）的送货员雷米尔·施莱伯运送。镁材料被选中用作箱体的外壳是因为这种材料对中子的反射效率不高。随后这个钚核于7月26日搭载第509混合飞行大队第320运输机中队所属的C-54运输机起飞离开科特兰空军基地，并于7月28日抵达位于天宁岛的北部机场。三枚已经搭载了常规装药的半装配完成的“胖子”（F31、F32和F33）于同日分别由三架B-29轰炸机（隶属于第509混合飞行大队第393D轰炸机中队的“Luke the Spook”、“Laggin' Dragon”和另一架隶属于第216空军基地的轰炸机）搭载从科特兰空军基地起运。在这三颗“胖子”的半成品中：F-31被拆解开以检查其中的零部件好确保其在实战中的表现、F33于8月8日在天宁附近用于最后一次投弹演练，F32则被认为是充作备用用途。

1945年8月，“胖子”在天宁岛上装配完毕，其核装药业已就位且随时待发。在整个核装置被放入航空炸弹的壳体当中之后，整枚核弹被放上了推车，在它正式登机出发之前有近60个人跑来在它的弹体上签名留念（其中包括海军少将威廉·R·普内尔、托马斯·F·法雷尔准将和威廉·S·帕森斯上尉），之后它才被推去博克斯卡号（以其机长弗雷德里克·C·博克命名，但他和他的机组在本次任务中却驾驶着另一架伟大艺术家号轰炸机随行，博克斯卡号轰炸机则交由查尔斯·W·斯威尼少校带领的机组操纵，海军中校弗雷德里克·L·阿什沃思是此次任务的投弹手）轰炸机那儿装入后者的弹舱。

1945年8月9日凌晨3点47分，博克斯卡号轰炸机携“胖子”起飞升空，初始目标被设定为小仓，备选目标则是长崎。“胖子”此时已经处于激活状态，但是电气保险开关仍然处于绿灯状态。起飞后10分钟，阿什沃思将保险状态调整为“红灯”，因斯威尼需要爬升至17000英尺（5200米）的高度以飞跃云层。在起飞前的检查中，机械师曾告知斯威尼博克斯卡号轰炸机上有一个燃油泵出现了故障，飞机因此无法使用备用油箱中那640加仑（2400升）的燃料，这些燃油只能让飞机就这样带着去日本上空兜一圈然后原样带回来——而且因为这些燃料实际上增加了飞机自重之故，它们不仅没有为飞机的航程带来任何好处，反而增大了可用燃料的消耗速度。更换燃油泵需要耗费几个小时，将“胖子”转移到另一架飞机上也是一样——还很不安全，因为此时的“胖子”已经被激活了。保罗·蒂贝兹上校和斯威尼经投票决定无视这个故障就这样驾驶博克斯卡号轰炸机执行任务。

“胖子”的首选目标是小仓市，但小仓在前一日刚被224架B-29轰炸机用燃烧弹大规模轰炸过，70%的城区被付之一炬，至轰炸机组抵达上空时，小仓市仍然是一副烟尘蔽日的景象，使得轰炸无法顺利进行。机组成员在50分钟内尝试了三次投弹动作，但是除了消耗燃料之外一无所获，而且让轰炸机反复在防卫森严的小仓市上空停留也并非明智之举——第三次尝试轰炸时，日方的防空炮火已经逼近轰炸机了，而监听着日方通讯的雅各布·贝瑟少尉也报告称听到日方地面发出的引导战斗机接敌的通讯。

由此，小仓逃过一劫，而长崎则成为了机组的新目标。长崎的上空此时同样也有云雾笼罩，因此阿什沃思命令斯威尼以雷达导航盲飞接近目标。然而——就在最后一刻，投弹手凯尔米特·比汉上尉在云层中发现了一个孔洞，于是乎炸 弹顺利投下，此时的时间是当地时间11点02分。在经过了历时43秒的自由下落之后，“胖子”在距离地面1650英尺（500米）的高度爆炸。因云层遮蔽之故，炸 弹距离预定投放点整整偏离了近两英里，因此爆炸产生的效果要稍逊于对广岛的核攻击。

据估计约有35000至40000人直接死于对长崎的核攻击，而在之后的时间里因各种原因而死亡的人数把这个数字提升到了60000至80000人，相当一部分是弹药厂或工厂的工人。这些人的死因包括但不限于：核爆引发的二次灾害（火灾等）、烧伤、辐射病、辐射引发的白血病等。三菱公司（三菱公司所有的浦上兵工厂就是二战时期日本海军91式鱼雷的生产商，偷袭珍珠港的日本海军就是使用的这种鱼雷）在该市的工业设施因这次核攻击而完全停摆；造船厂需要三四个月才能恢复八成产能；钢铁厂恢复批量生产需要一年；兵工厂则需要15个月才能恢复六七成的产能。长崎市的电力供应被切断，两个月后才初步开始恢复，六个月后才恢复正常。

战后发展：

在战后又有两枚Y-1561“胖子”原子弹被用于“十字路口”核试验，第一枚被引爆的“胖子”被命名为“吉尔达”（名字出自丽塔·海沃斯在1946年上映的电影《吉尔达》中饰演的角色），它在偏离瞄准点710码（650米）的地方爆炸；第二枚被引爆的“胖子”被命名为“比基尼海伦”，它被拆除尾翼安装在由潜艇指挥塔围壳改装而成的沉箱中在水深90英尺（27米）处引爆。它的正上方是参加测试的LSM-60号登陆舰。这两枚“胖子”在爆炸时都相当于约23千吨的当量（96TJ）。

洛斯阿拉莫斯实验室和陆军航空兵此时已经开始准备改进“胖子”的设计。其时的B-45、XB-46、XB-48和B-47轰炸机均具备携带“大满贯”航弹的能力，它们的弹舱长度都很长，但是宽度对于“胖子”而言却有所不足。当时美国唯二具备搭载“胖子”核弹能力的轰炸机仅有B-29和B-36而已。1945年9月，陆军航空兵张口向洛斯阿拉莫斯提出了整整200颗“胖子”核弹的需求，但实际上当时现存的钚核和成型装药球壳只剩下两套。陆军航空兵希望核弹的设计能够更加方便生产、组装、存放、运输和使用。由是战时项目W-47被重新启动，在1946年1月重新开始投放测试。

MKIII Mod0型“胖子”核弹在1946年中叶应上级命令投入生产。其高爆炸药由索尔特维尔斯的实验工厂（曼哈顿工程为下属的骆驼工程所设）和另一个在爱荷华陆军弹药工厂处新设立的工厂提供，机械零件部分则来自岩岛兵工厂。至1946年8月时，科特兰的陆军机场处已经储备了50套“胖子”构型的电子和机械设备，但可用的钚核却只有九个。Mod0型“胖子”核弹的生产于1948年12月终止，至此时依旧只有53个钚核可用。Mod0型“胖子”核弹此后被Mod1型和Mod2型取代，后两者包含了一系列改进，其中最重要的改进是关于点火装置的：现在它所使用的X-单元中的电容直到核弹被投下后才会开始充电，如此这种核弹的安全性能得到了极大地提升。1949年3月至7月间，所有的Mod0型“胖子”核弹都暂时退役接受改装，截至10月份，它们全数被改装成为Mod1型和2型。1947年至1949年间共有约120枚MKIII型“胖子”核弹加入了美国的核武库，随后更新型的MK4型核弹出现取代了“胖子”的地位。所有的MKIII型“胖子”核弹都在1950年退出现役。

要使用MKIII型“胖子”核弹实施核打击是很不容易的事情，战备则更加艰难：由于设计固有的一些问题，MKIII型“胖子”核弹上为引信供电的铅酸电池只能保证36个小时的待机时间，而重新为电池充电需要花费72个小时——并且需要将核弹完全拆解才能把电池拿出来。更糟糕的是，这种电池每隔九天就必须要取出一次，若不然则存在腐蚀的风险。除去电池外，钚核的存在也并不令人省心：从钚核处散发出的热量使得钚核本身也不太可能长期装在核弹当中，不然外面包裹着的常规装药就有被聚集的热量损毁的风险。不出意外地，更换钚核也需要将核弹完全拆解开来，而拆解工作需要大概40至50名人员耗时56至72小时完成，耗时多少取决于工作人员的熟练程度。问题是，在1948年6月时，整个军用特种武器计划也仅仅下辖有三个这样的工作小组而已。唯一有能力搭载这种核弹的载机是经过改装的银盘B-29，而唯一能够投放这种武器的地509轰炸机大队——他们驻扎在位于新墨西哥州罗斯维尔的沃克空军基地，这意味着他们还得先空手从驻地飞往桑迪亚基地搭载核弹，然后再飞越大洋前往可以发动核打击的海外基地。

由于间谍克劳斯·福克斯，西奥多·霍尔和大卫·格林格拉斯成功地将核武器的资料送回了苏联，苏联试爆的首颗原子弹的构造和“胖子”非常相似。这颗编号为RDS-1的核弹在1949年8月29日进行的“初闪”核试验中成功引爆。

文章内容源自维基百科词条“Fat Man”：

https://en.wikipedia.org/wiki/Fat_Man

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