最近在网上发现一个很有意思的事情，从评论中看到很多朋友觉得原子弹是个很“小儿科”的东西，原理也很简单，肯定很多国家都能造只是不造而已。那么我想问一下：汽车的原理和构造也是公开的，那么你怎么不在家自己造车呢？可口可乐的配方也印在包装上，那么你怎么不在家自己做可乐呢？理论上给我一个支点我可以撬动地球，那么我怎么不去撬地球呢？原理≠实际工程，从原理转换成工程需要的不仅仅是用来计算的纸和笔，中间需要大量的资源和技术的支持，所以即便是初代的原子弹也不是谁都能想造就造的，要知道不是任何一个国家都有中美俄这么雄厚的科研和工业实力的。
第一个问题：国际政治环境
即便只是作为第一代核武器的原子弹也是一种极为敏感的武器，考虑到核武器的巨大威力，任何国家对于其他国家发展核武器都是高度紧张。以目前的现状，只有美俄英法中这5个常任理事国属于“合法”拥核国，而印度以色列巴基斯坦朝鲜为“非法”拥核国（进行过制裁），而其他没有核武器的国家则被大国限制拥有任何种类的核武器。为什么普通国家被限制核武呢？
目前世界上拥核的9个国家
1.核大国想要形成和垄断，不愿再打破现有的核平衡。核武器的威胁能力想必大家都有所了解，一旦某个国家拥有核武器那么势必会形成对其他国家构成“核讹诈”。所以对大国来说，从自身利益考虑他们不愿意让更多的国家拥有核武器，一方面是自己受到威胁，另一方面他们手中的核武器威慑能力将下降。
2.小国自制能力差，容易利用核武器造成不可逆转的后果。虽然世界上99%的核武器掌握在五大常任理事国手中，但是这5个国家拥有极高的自制能力并更倾向于以政治和外交手段解决相互的纠纷，这就使得他们手中的核武器虽然有极大的威慑能力但世界暂时是安全的。但是小国不同，他们考虑问题并不像大国那样具有高度的克制能力，特别是一些“独裁”政府往往比较极端的考虑问题并发动战争，这样并不能保证他们不使用核武器。而且这些小国也不能保证核武器绝对安全，比如为了利益通过一些特殊渠道输送给一些恐怖分子。
伊拉克“塔穆兹1号”核反应堆 1981年被以色列空军摧毁
所以就目前国际政治环境而言，除了世界上已成既定事实的5个“合法”拥核国和4个“非法”拥核国之外，其他国家想要拥有核武器是不太可能。如果一旦被发现有研制核武器的迹象那么必然会遭到大国的各种各样的制裁和阻挠，这次伊朗就是一个很好的例子。可能有朋友说偷偷研制核武器，但是以当今的情报和侦查技术是不可能100%隐藏，总能找到蛛丝马迹。比如下图为美国WC-135W核侦察机，他的作用就是通过收集大气中的放射性粒子来判断该地区是否有核活动，甚至可以根据放射性粒子种类判断是原子弹还是氢弹。比如2004年，WC-135W在东北亚地区上空监测到了空气中存在“氪85”，所以判定朝鲜当时使用废燃料棒提纯钚。
WC-135W核侦察机
另外，其实从贸易和发电量上也能判断出该国的核活动是否异常，因为核燃料提纯所使用的最基本的“铀矿石”是受到国际管制的。也就是说除非是铀储量极为丰富的国家，否则都避免不了从国外进口铀矿石，这种异常的铀矿石交易波动也难逃贸易和军事情报网络。还有空中的侦察机和侦察卫星全时段的对地表进行不间断的扫描侦查，考虑到提纯核燃料需要大量的巨大的陆上核设施也难逃他们的“法眼”。总之，想要偷偷进行核武器研究并制造在当今世界几乎是不可能的事情，所以几乎所有的国家都选择还不要“惹祸上身”，核研究也基本停留在和平利用核能的层次上，有核武器需求的国家也基本是依托美俄的“核保护伞”。
1966年年末美国的KH-7“锁眼”侦查卫星对我国大西北进行的空中拍照侦查。
即便制造出核武器那么也需要合适的场地去验证核技术，很多朋友提到现在的计算机模拟核试验，但是计算机模拟的前提是有实爆数据作为模拟基础。而实爆数据又是一个国家的最顶级机密性资料，是不可能主动透露给其他国家。所以研制核武器必须要经过实爆这个环节，然而只要进行实爆就不可避免的被地震波、放射性粒子的出现，也不可能做到百分之百保密。
90年代几次实验监测到的地震波， 一般天然地震P波振幅<S波振幅<面波振幅，但人造地震的P波振幅＞S
第二个问题：技术难度
很多朋友觉得原子弹是第一代核武器所以就是“很简单”的玩意，然而仅从最基本的原理上看原子弹本身确实不难，难就难在如果把原理变成实际工程。
其实原子弹的原理高中物理选修应该就有涉及：核裂变
核裂变是指由重原子（原子序数较大的）核分裂成两个或多个质量较小的原子（原子序数较小的）的一种核反应或放射性衰变形式。当核燃料达到临界质量时发生自发性的链式反应。
基本原理就是这样，但是仅靠这两句话就能变出实实在在的原子弹吗？显然不是，如何将基本原理发展到实用理论，再将实用理论转换成工程图纸，再将工程图纸转换为原子弹实物。
虽然目前世界上大部分国家的高校都开设核物理学专业，但都是仅仅停留在纯理论化，将核物理真正用于实验化甚至是实用化的国家最多占20%，能培养出全套核工程人才的国家更是凤毛麟角。可能有朋友认为搞原子弹、核电站不就是培养物理学人才吗？其实并不是，工程化除了基本的核物理学专家之外还涉及数学、电子、机械、化学、地质等等领域，比如核武器起爆涉及控制、铀矿石涉及地质、原子弹结构制造涉及机械加工等等，而世界上绝大部分国家不具备这种人才积累和教育水平。美国上世纪40年代的“曼哈顿”工程，当时按照奥本海默的预计整个工程需要6名科学家到100名文职人员，但最后规模竟然达到仅科学家就超过1500人，其中包括爱因斯坦、费米、波尔、费曼、冯诺依曼、吴健雄、奥本海默、拉比、劳伦斯、尤里,西伯格等等，所以曼哈顿计划中洛斯阿拉莫斯实验室也被称为“诺贝尔奖集中营”。
参与曼哈顿计划的部分科学家合照 站在最中间戴帽子的就是奥本海默
其实世界上现有的9个拥核国家当中大部分都依赖过外部技术帮助，包括巴基斯坦的核计划是在法国的帮助下开头，而印度的核计划则是由英国帮助其建立核反应堆，这两个国家的核技术和核材料都有欧洲国家的影子。而朝鲜的核武器以及弹道导弹技术普遍认为是来自苏联。其实中国的核计划中，核心科学家很多也都是有留外的经历并跟随“大师”级科学家进行过技术研究，他们在参与中国的核计划之前都有过相当的技术成就。“两弹元勋”中的邓稼先毕业于美国普渡大学，物理学博士；程开甲毕业于英国爱丁堡大学，哲学博士，师从波恩；钱三强毕业于巴黎大学镭学研究所，物理学博士，师从伊雷娜·约里奥-居里；王淦昌毕业于德国柏林大学，哲学博士，师从迈特纳……不难看出，任何核工程所涉及的理论研究和人才水平都绝非一般国家所能承受，更何况这其中涉及到的经济和其他的工业能力上的困难
回到原子弹制造上，上面所提到的一些都是比较宽泛的例子，我们举一个比较实际的问题：核装药提纯。原子弹目前大致包括以铀-235为装药的“铀弹”（小男孩）和以钚-239为装药的“钚弹”（胖子），无论什么装药其丰都要求都在93%以上，而自然界中天然铀矿石的铀235丰都仅在0.72%左右。所以关键就在于如何如何将0.72%提升到93%以上，这与核电站用3%-20%左右的丰都的核燃料有巨大的差别。
粒磷铅铀矿
碲铀矿
硅铅铀矿
但是我们要注意一个问题：所谓提纯不是将铀矿石直接扔到离心机里面去转就行，在提纯前需要对铀矿石进行筛选和破碎，破碎后的铀矿石需要进行以下的步骤
铀矿→重铀酸铵→纯净铀氧化物→硝酸铀→三氧化铀→二氧化铀→四氟化铀→六氟化铀
平时我们所说的“黄饼”其实就是指上述过程中的纯净铀氧化物。上述所有步骤中所有的铀的化合物中铀-235和铀-238及其他杂质是并存的，也就是说上面那个硝酸铀中既有“硝酸铀-235”也有“硝酸铀-238”；四氟化铀中既有“四氟化铀-235”也有“四氟化铀-238”……我们所谓的提纯就是把铀化合物中的含铀-235的化合物部分从其他杂质中分离出来。
“黄饼”八氧化三铀，铀氧化物的含量达到80%以上，是制备浓缩铀的一种中间产物
为什么要一步步把铀矿变成六氟化铀呢？因为铀235的提纯需要在气态下进行，而六氟化铀在常温下为固态，只需要加热到54.7度就可以直接升华为气态。这样运输时可以转换成固态，提纯时加热到54.7度就可以转换为气态，同时兼顾了方便运输和方便提纯的特点。
六氟化铀
然而成功制备六氟化铀仅仅是提纯过程中开始阶段，接下来就是要把六氟化铀-235含量仅为0.7%浓缩的90%。以目前国际上比较成熟的提纯方式，气体离心法和气体扩散法是主流提纯手段。
气体扩散法
所谓气体扩散法应用了一个比较简单的物理原理：
同温度下质量越大的气体分子跑的越慢
因为由于铀-238原子比铀-235原子多3个中子的质量，所以质量较小的六氟化铀-235可以更快的通过扩散膜，这样就可以将更多地收集含铀-235的六氟化铀，就等于把铀-235的丰都提高。得到足够丰都的六氟化铀-235后进行脱氟处理，这样就得到高丰都的铀-235了。70年代前，气体扩散法是世界上主流的核燃料提纯办法。
但是气体扩散法效率相对较低，将丰都由0.7%提升至5%左右就需要大概1200次左右的扩散，可以想象如果要提纯到90%那么需要的时间是非常漫长的。而且气体扩散法消耗的电力非常可观，通常来说气体扩散法的电力需求量是气体离心法的将近10倍，甚至需要在核扩散工厂附近建立专门的核电站。美国在冷战期间消耗在核燃料提纯上的电力就占到美国总发电量的7%，毫不客气的说一座核扩散工厂的耗电量不亚于一座中等城市的电力需求。有些国家搞核武器，国内的发电量根本不支持，所以经常出现停电或者限电的情况，比如我们的邻居朝鲜。
橡树岭气体扩散工厂 整个橡树岭国家实验室总占地达到40平方公里
气体离心法
气体离心法是大家比较熟悉的一种提纯方法，就是用和洗衣机一样不断地“甩”（对朝鲜核制裁时连洗衣机都作为禁运品）。由于铀-238原子比铀-235原子多3个中子的质量，所以在“甩”的过程中将质量较大的六氟化铀-238“甩”到相对较远的位置，而质量相对较小的六氟化铀-235留在靠近中心的位置，二者富集区不同，这样就可以分离出含“铀-235”的六氟化铀。之后再进行脱氟处理，就到高丰都的铀-235了。气体离心法对电能的消耗没有气体扩散法那么大，整体效率也相对较高，是目前世界上应用最为广泛的一种核燃料提纯方式。
但是离心机技术直接决定了提纯丰都，如果仅仅是提纯到3%-5％的核电站用核燃料那么大多数有核技术的国家都可以做到。但是如果想要提纯93%以上的武器级核燃料，那么就是凤毛麟角了，当离心机技术上升不到一定高度时，那么无论怎么“甩”都不会将铀-238甩干净。在整个提纯过程中并不是简单用一台离心机就可以完成全过程，他们是需要多级串联逐级分离，如果单机功率不够那么即便串联后也无法分理出足够丰都的铀-235。以目前来看，想要提纯出分离出1枚铀弹所需要的35-40公斤浓缩铀，那么需要上万台高性能离心机24小时连轴转一个月才可能够数。下图就是大型气体离心工厂，这些圆柱状物体就是气体离心机
离心机的技术瓶颈限制了大部分拥有核技术国家的高丰都核燃料提纯，目前世界上拥有“武器级”离心机研发制造能力的国家只有个位数，这就能解释为什么世界上的拥核国家一共不超过10个。最近伊朗的核问题一直充斥着大小媒体的头条，伊朗目前的离心机技术可能是趁苏联解体时的加盟共和国手中拿到的，自己之后也发展了几个型号的离心机，但是推测也只能达到提纯20%水平，距离核武器90%级别的相差非常巨大。
伊朗媒体曝光的国产IR4和IR6离心机
所以原子弹从表面上看原理很简单，但是原理不代表实际工程，在实际制造原子弹的过程中遇到困难是非常多的，包括一些列的政治因素、经济因素、技术因素等等，如果一意孤行一定要发展核武器那么稍有不慎就会遭到全世界的制裁。不要看到“原子弹”三个字就觉得是小儿科，对五大常任理事国来说确实是不放在眼里，但是要知道全世界200个国家不都是五常这么雄厚的实力，有的国家一年的GDP连中国一个地级市都不到。
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