原爆の爆発方式、なぜウランとプルトニウムで違うのか

Question

原爆の爆発方式は、原料がウランの場合砲弾式、原料がプルトニウムの場合爆縮式となっています。
どちらも核物質を臨界状態にして核分裂の連鎖反応を起こすのは同じはずですが、なぜこのように方法が違うのでしょうか？
逆に原料がウランの場合爆縮式、原料がプルトニウムの場合砲弾式でもできそうな気がするのですが、なぜこれでは原爆はできないのでしょうか？

lupan344 · Accepted Answer

ウラン235は、砲身型（ガンバレル型）、爆縮型の両方で原爆を製造可能です。
逆にプルトニウム239の場合は、自発核分裂の確率が高いので、高濃度のものが使えません。
したがって、低濃度（7%程度）を使用して、爆縮により臨界する濃度に高める事になります。（爆縮による圧力が、核分裂をおこしたプルトニウム239の飛散を抑えるので、核分裂時間を長くする事が可能です）
現在は、核開発初期の国家のもの以外は、ウラン235、プルトニウム239の両方共、爆縮型で製造されています。（核開発初期の国家の場合は、実験が充分に出来ないので、ウラン235の砲身型（ガンバレル型）で製造する場合があります）

OnneName · Answer

ウランの場合は臨界量に達するまでは安定しているし反応が遅いので構造が簡単な砲弾式を用いプルトニウムの場合はプルトニウム239の臨界量に達する前にプルトニウム240が核分裂を開始してしまう可能性があるので短時間で作動する爆縮式を採用。
ウラン－爆縮は高額になる、プルトニウム－砲弾は上記理由で使えない。

m-jiro · Answer

ひとことで言えばどちらでも可能です。
しかし核物質の利用効率や保管中の安定性などを考慮するとウランでは砲弾型が、プルトニウムでは爆縮が有利、ということになるようです。その理由を正確に述べるのは相当に難しいでしょうね、小生も説明はできません。大雑把な説明はwikiにあります。下記URLの真ん中あたりです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E7%88%86%E5%BC%BE

ご存じとは思いますが砲弾型はほぼ広島原爆だけです。ということは広島原爆は実験なしでいきなりの本番でした。実験なしでも確実に爆発させる自信があったのでしょう。
長崎原爆はプルトニウムの爆縮型であり、世界初の実験原爆トリニティーと同じ設計図で作られたようです。その後各国が行った数千回の核実験はほぼすべてがこのタイプです。
どちらの方式でも燃料(核物質)は全部が核分裂しません。広島原爆ではウランは60Kg使われたそうですが核分裂したのは1Kgもありません。この効率の悪さも爆縮型が多用される理由でしょうね。それにプルトニウムは原子炉から廃棄物としていくらでも出てきます。今のところ原爆以外に使い道はありませんからいわば廃物利用。めんどうな濃縮が必要なウランと比べてコストが安いとの理由もあるのでしょう。

Mokuzo100nen · Answer

マンハッタン計画以後の量産品は爆縮式ですよ。

砲弾式は人体実験用の試作品だけです。

原爆の爆発方式、なぜウランとプルトニウムで違うのか

ウラン235は、砲身型（ガンバレル型）、爆縮型の両方で原爆を製造可能です。

ひとことで言えばどちらでも可能です。

マンハッタン計画以後の量産品は爆縮式ですよ。

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