原子彈是利用鈾和鈽等較容易分裂的重原子核在核分裂瞬間可以發出巨大能量的原理而發生爆炸的。

鈾-235和鈽-239此類重原子核在中子的轟擊後,通常會分裂變成兩個中等質量的核,同時再放出2到3個中子和200兆電子伏的能量。在分裂中放出的中子,一些在分裂系統中損耗了,而一些則繼續進行重核分裂反應。只要在每一次的核分裂中所分裂出的中子數平均多餘一個,那麼核分裂即可以繼續進行,一次一次的反應後,分裂出的中子總數以指數形式增長,而產生的能量也隨之劇增。如果不加控制,最終,這個分裂系統會變為一個劇烈的鏈式分裂反應。

在此類重核分裂反應中,系統可以在極短的時間內釋放出大量的能量。當下一代中子數定位兩個時,在不到一微秒的時間內,一千克的鈾或鈽中會有{\displaystyle 2.5\times 10}2.5\times 1024個原子核發生分裂反應,而就在這不到一微秒的時間內,此反應所產生出能量相當於2萬噸TNT當量。這也是原子彈那極具破壞性威力的來源。

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