因為剩餘的鈾-235來不及發生鏈式反應就被炸飛了。

“小男孩”為槍式結構原子彈，所以效率較低，槍式原子彈提高效率的方式就是儘量加快幾塊低於臨界質量的鈾-235相互靠近的速度，靠近之後增加穩定反應的時間。

“小男孩（Little Boy）”是人類歷史上首次使用的原子彈。

1945年8月6日由保羅·提貝茲（Paul Tibbets）駕駛B-29超級空中堡壘轟炸機埃諾拉·蓋伊號（Enola Gay）在廣島上空約31000英尺（9.448km）高度投下，於日本當地時間早上8時15分在約1800英尺（548m）的空中爆炸。

“小男孩” 原子彈使用槍式構型，其原理是將一塊低於臨界質量的鈾-235用炸藥射向三個同樣處於低臨界的環形鈾-235，造成整塊超臨界質量的鈾，引發裂變連鎖反應。

“小男孩”裝有64kg的鈾-235，但當中只有不到1kg在爆炸中進行了核裂變，釋放的能量約相等於15kt TNT炸藥爆炸所釋放出的能量，即約63TJ（1TJ = 1012J）。

在炸藥推動四個臨界質量的鈾-235相互靠近的過程中，速度還是不夠快，在四個鈾-235沒有完全接觸的時候，由於已經達到了超過臨界質量的條件就開始發生鏈式反應。

中心點的核反應放出大量的熱，使鈾-235塊的溫度和壓力快速上升，很快就被炸開了，膨脹到一定程度，鏈式反應就停止了，剩下的鈾就來不及反應了。

因此“小男孩”原子彈中鈾-235只有不到1kg的鈾-235參與了鏈式反應，其餘的來不及參與鏈式反應就被炸開了。

所以後來發展出一種內爆式結構的原子彈，將高爆速的烈性炸藥製成球形裝置，將小於臨界質量的核裝料製成小球，置於炸藥中。透過電雷管同步點火，使炸藥各點同時起爆，產生強大的向心聚焦壓縮波（又稱內爆波），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，等到壓縮波效應最大時，才把它“點燃”。這樣就實現了自持鏈式反應，導致極猛烈的爆炸。

所以提高原子彈威力的關鍵點就在於增加鏈式反應持續的時間。

很多人會說“因為剩餘的鈾-235來不及發生鏈式反應就被炸飛了。”這其實是一個很粗淺並且是錯誤的解釋。事實上並不是這樣。

核彈的事情並不是僅僅知道一個鏈式反應或者臨界質量就可以說自己瞭解了，這就有點草率了。

知不知道地球上有一枚巨大的天然核彈？說出來就比較恐怖了。在非洲的加彭共和國內有一個叫做奧克洛的鈾礦。在1956年開始開採的時候發現這個鈾礦的成分不對勁。

在鈾礦石內含有大量的釹和釕元素，當時給歸咎於地質狀況不同造成的這個問題。但隨著鈾礦的開採，在1976年的時候加彭的鈾礦就被出口法國。但是法國在用這批鈾礦的時候發現裡面鈾-235的含量不足0.3%，要知道正常的鈾礦是差不多0.7%的鈾-235含量的。法華人就認為非洲兄弟在參假賣假貨，將其他國家用過的核燃料再賣給法國。

於是就展開了詳細的調查。結果不得了——這個鈾礦記憶體在了16個天然的，他們的鏈式反應在自然形態下形成了自持。而且有的“核反應堆”已經工作了將近20億年的時間。

在最近幾十萬年的時間裡，經過計算，每個天然的核反應堆的輸出功率在100千瓦左右100千瓦什麼概念？這個礦區內產生的核能足夠細水長流的給800個2千瓦的微波爐供電幾十萬年。

如果計算能量輸出的話，相當於700多枚當量5000萬噸的沙皇炸彈的能量總和。

為什麼說加彭的自然核反應堆？其實在奧克洛礦區的鈾礦記憶體在著自持的鏈式反應反應，這個自持效果和臨界質量和臨界半徑都沒有什麼太大的關係。核彈的鈾核心被炸飛的同時其實還是可以發生鏈式反應的。核彈裡面的臨界質量僅僅是啟動值，並不是自持值。

那為什麼小男孩核彈爆炸了只有一小部分鈾-235參與了鏈式反應呢？

這就得說下裂變視窗的問題了。通常很多人說核裂變的時候不說能量。其實

當一枚中子擊中原鈾-235的原子核的時候，原子核裂變釋放出兩個中子和200兆電子伏特的能量。釋放出來的能量會立刻轉化成其他鈾原子的內能。當這些被“加熱”的鈾原子再被中子擊中的時候裂變釋放出的中子本身的能量也提高了。一來二去鈾-235原子所釋放的中子能量不斷提高和疊加這就導致鏈式反應中射出的中子是被不斷加速的。

這裡就是裂變視窗的問題了。當中子的速度（能量）過低，不能排除斥力進入原子核內被鈾-235捕獲這個時候鈾-235是不會變成不穩定的鈾-236而裂變的，僅僅會中子彈開。

而當中子的速度（能量）過高，鈾-235是沒有能力捕獲快速的中子的，這時中子會直接穿過鈾-235的原子核，這時也沒有不穩定的鈾-236出現，這枚原子核也不會裂變。

於是觸發鈾-235裂變的中子速度下限和上限就是鈾-235裂變視窗了。

小男孩中只有很少部分參與了核裂變，的主要原因並不是核心被炸碎了，而是中子的速度被瞬間提高到太高水準了，超過了裂變視窗的上限。於是就都浪費掉了。

在這時我們就得提提輕水反應堆和重水反應堆了。這些核反應堆裡面在燃料棒周圍放置的水不僅僅是提取核能的介質還是中子減速劑。透過中子在水裡執行的不斷碰撞減速使種子的速度保持在裂變視窗的範疇內。這時核反應的鏈式反應也就可以持續進行了，核燃料的利用率也就足夠大了。

現代核彈其實也用了相似的技術，透過向核彈的核心內參雜其他的元素和製作核彈核心外面的反射層都是為了讓中子可以最大限度的在裂變視窗的速度下擊中其他鈾-235或者鈽-239原子核。這樣核彈的裂變材料的利用率才真的提高起來了。當然了這是小型化核武器的關鍵技術之一。

開頭說到的礦坑天然核反應堆。其實也是自然界偶然形成的地質結構，在這種地質結構中其他的岩石充當了減速劑的作用，因此自然界內的核反應堆才一直燒了20多億年。

小男孩是槍式原子彈，結構就是兩塊鈾分開放置，起爆時靠常規炸藥，把一塊鈾“射擊”到另一塊上，兩者質量之和超過了在那個條件下的臨界質量，可以發生鏈式反應核爆炸。

但是這兩塊鈾僅僅是簡單靠在一起，核爆炸產生的熱量很快就讓鈾塊產生了熱膨脹，密度降低，不再具備臨界狀態，無法繼續鏈式反應，就跟普通金屬塊一樣被炸飛了。

所以這種形式的核武器特別浪費核材料。而且只能使用鈾235。而且體積還很大。

後續的核武器研製，主要走內爆式路線，把幾塊低於臨界質量的鈾或者鈽分散放置成球形，或者做成一個空心球型，在爆炸時外邊的炸藥把這些小塊擠在一起，或者把球壓縮，提高了核材料的密度，用小質量達到高密度條件下的臨界狀態，外邊還要包上厚厚的U238或者鈹中子反射層，盡最大可能延長核材料被壓縮的時間，提高了核材料利用率。

為了進一步提升效果，還可以在空心球型核燃料內部填充氘氚混合氣體，在核燃料裂變反應過程中，混合氣體發生小規模的聚變反應，產生更多中子，進一步提高核燃料裂變反應比例，這就是所謂的增強型原子彈。