우라늄·플루토늄 등의 원자핵 분열에 의해서 얻어지는 에너지를 살상 또는 파괴 목적에 이용한폭탄. 원폭·핵폭탄 또는 분열폭탄이라고도 한다. 사용되는 핵분열물질의 종류에 따라 우라늄폭탄과 플루토늄폭탄으로 나뉘며, 큰 것에는 TNT폭약의 수백 t에 해당하는 폭발력을 내는 것부터 kt급의 위력을 내는 것에 이르기까지 여러 가지 크기의 것이 있다.

일반적으로 군사목표에 대한 전술용으로 사용되며, 소형의 것은 제1선의 전투용으로도 사용된다. 인류 최초의 원자폭탄은 1942년 맨해튼계획에 따라 미국 뉴멕시코주(州) 로스앨러모스의 원자폭탄연구소에서 개발되었다. 45년 7월 16일 뉴멕시코주 남부 앨러머고도 근처 사막 트리니티의 시험 폭파를 거쳐 8월 6일 일본 히로시마[廣島]에 우라늄 235 폭탄, 9일은 나가사키[長崎]에 플루토늄 239 폭탄이 투하됨으로써 세상에 공개되었다.

이 폭탄의 투하로 히로시마에서는 34만 3000명의 인구 중에서 약 7만 명이 사망, 13만 명이 부상, 완전히 연소·파괴된 가옥 6만 2000호, 반소 또는 반파가옥 1만 호, 이재민 10만 명을 냈고, 나가사키에서는 사망 2만 명, 부상 5만 명, 완전연소 또는 파괴가옥 2만 호, 반소 또는 반파가옥 2만 5000호, 이재민 10만 명을 냈다. 또한 이 폭탄으로 일본의 항복이 촉진되고, 제2차 세계대전을 앞당겨 끝내는 효과도 거두었다.

49년 9월 24일에는 소련에서도 원자폭탄을 보유하고 있음이 발표되었고, 52년 10월 3일에는 영국이 몬터벨로 군도에서 원폭 실험에 성공하였고, 60년 2월 13일에는 프랑스가 사하라사막에서 실험에 성공하였으며, 뒤이어 중국·인도·남아프리카공화국 등에서도 원자폭탄을 보유하게 되었다.

【원리와 구조】 폭탄의 원료로 사용되는 우라늄 235는 천연우라늄 광석 속에 약 0.7 %가 함유되어 있으며, 나머지 99.3 %는 비분열성인 우라늄 238로 되어 있다. 우라늄 238에서 우라늄 235를 추출해 내고, 순도 90 % 이상으로 농축한 것이 원자폭탄의 에너지원(源)이 된다.

플루토늄 239는 원자로 속의 반응을 끝낸 폐기물 중에서 화학적인 처리에 의해 추출된다. 순도 높게 농축된 우라늄 235·플루토늄 239 등 핵분열물질의 원자핵에 중성자를 충돌시키면 원자핵에 분열반응이 일어나고, 핵분열을 일으킨 원자핵으로부터는 다시 2개 이상의 중성자가 튀어나와서 다른 원자핵에 충돌하여 새로운 핵분열을 일으킨다. 이러한 핵분열반응은 연속해서 확대되어 나가며, 연쇄반응을 일으켜서 방대한 에너지를 방출하게 되는 것이다.

이와 같이 연쇄반응을 일으키는 상태를 임계상태(臨界狀態)라 하고, 이러한 상태가 될 핵분열물질의 양을 임계량이라고 한다. 임계량은 분열물질의 종류와 순도 기타의 조건에 따라서 달라지게 되나, 우라늄 235와 플루토늄 239에서는 5~20 kg 정도이다. 원자폭탄은 우라늄 235·플루토늄 239를 용기에 넣고, 그것을 임계상태가 되도록 한 장치, 기폭장치를 갖춘 것이라고 할 수 있다.

기폭장치에는 포신형(砲身型:gun type)과 내폭형(內爆型:implosion type)이 있다. 포신형은 원통 속에 임계량의 분열물질을 2개로 나누어 넣고, 화약의 힘으로 한쪽 분열물질을 다른 쪽의 것에 합치게 하여 임계상태가 되도록 하는 것이고, 내폭형은 밀도가 성긴 해면체(海綿體)의 분열물질을 중심에 두고, 주위에 폭약을 배치해 두었다가 폭약을 한꺼번에 폭발시켜 빠르게 압력을 가함으로써 임계상태가 되도록 만든 것이다.

【폭발의 효과】 폭탄의 살상 및 파괴효과는 폭풍·열·방사능의 3대 효과가 종합적으로 작용하여 발휘된다. 폭발은 100만분의 1초 내에 일어나고, 지속시간은 200만분의 1초에 불과하다. 이와 같이 극히 짧은 순간에 막대한 에너지가 방출되므로 수백만 도 이상의 고온이 발생하여 주위의 공기를 가열시키고, 가열된 공기는 급격히 팽창해서 폭풍이 되어 무서운 파괴효과를 내게 된다.

가열된 공기는 불덩어리를 형성해서 고열의 열복사선을 방출하여 연소 및 화상효과를 낸다. 20 kt의 표준 원자폭탄의 경우 100만분의 1초 안에 6,000만 ℃, 100만분의 1.5초 후에는 5,000만 ℃, 불덩어리의 지름 1 m가 되고, 1만분의 1초 후에는 30만 ℃, 불덩어리의 지름 13~14 m가 된다. 또한 온도 5,000만 ℃가 될 순간의 폭발압력은 수십만 atm에 이른다.

핵반응시에 방출되는 방사능(초기 핵방사능)은 중성자상해(中性子傷害)를 입히게 하고, 넓은 지역에 퍼져 있는 물·흙·먼지 등의 방사성물질로부터 잔류방사선을 방출하게 하며, 죽음의 재라고 하는 방사능진(fallout)을 내리게 하여 광범위한 방사능 오염지대를 형성한다. 폭발에서 발생되는 효과와 에너지의 분포는 대체로 폭풍 및 충격파 50 %, 열복사선 35 %, 초기핵방사선 5 %, 잔류방사선 10 %이다.

표준 원자폭탄이 공중·지표면에서 폭발한 경우 폭풍효과에 의해서 폭발중심으로부터 1~5 km 이내의 목조건물, 300 m 이내의 콘크리트건물, 150~220 m 이내의 지하 구조물이 파괴되고, 열복사선에 의해서는 2.5 km 이내의 가연성 물질이 연소되거나 인원에게 심한 화상을 입히게 되며, 방사선에 의해서는 1 km 이내의 전체 인원에게 치사량의 방사선량을 조사(照射)하게 된다.