原子弹利用了重核裂变的原理，主要的原料为铀-235和钚-239。当铀-235或者钚-239被中子轰击之后，它们会裂变为更轻的原子核。反应后质量出现亏损，质量方程表明，那些质量转换成了能量。与此同时，裂变过程还会释放出新的中子，这些中子又会轰击其他重原子核，引起链式反应，从而可以释放出巨大的能量。
为了制造原子弹，铀-235的浓度需要达到90%，钚-239的浓度需要达到93%。要制得武器级纯度的核材料，并非是一件容易的事情。
铀-235需要从铀矿石中获得。但在自然界中，铀矿石中只有大约0.7%的铀-235。为了提高铀-235的浓度，需要经过一系列的提纯过程。提纯方法主要是气体离心法，这需要耗费大量的能量。据估计，200吨的铀矿石只能提炼出1公斤的武器级浓缩铀。再加上探矿、采矿过程，提纯铀-235将需要耗费巨大的能量。另一方面，钚-239需要从核反应堆中提炼出来。
在二战期间，美国投向广岛的“小男孩”原子弹是一颗铀弹，包含了64公斤铀-235，结果只有大约1.56%的铀-235发生了核裂变反应，大部分的铀-235都被浪费掉。这颗原子弹爆炸所产生的能量约为5.5×10^13焦耳，相当于1500万度电。
如果单从能量的角度来看，原子弹的投入肯定是大于产出的。尽管如此，核武器的威慑力不言而喻，这并不是一道简单的算术题。
另一方面，如果从发电的角度来看，核裂变反应产生的能量肯定要大于制造核材料的能量，否则用核燃料来发电就没有任何意义。核电站用铀-235的核裂变反应来产生能量，加热水产生水蒸气，由此推动汽轮机带动发电机进行发电。
在核电站中，铀-235的浓度约为3%，远低于武器级，所以提炼的成本要比高浓缩铀低了很多。只有这样，通过核裂变反应来发电才是合算的。
未来，如果可控核聚变能够被人类掌握，我们将能大幅度提高质能转换效率，用核聚变反应来发电将有望解决能源短缺问题。
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