The fission process
ウランとプルトニウム（および他のいくつかの重い元素）の特定の同位体は、中性子を受けると軽い元素の原子に分裂する、核分裂として知られるプロセスです。 この軽い原子の生成に加えて、核分裂の過程で平均2.5から3個の自由中性子がかなりのエネルギーとともに放出される。
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原子爆弾や原子炉では、まず少数の中性子が、いくつかの分裂しやすい原子核と衝突するのに十分なエネルギーを与えられ、それがさらに自由中性子を発生させるのです。 この中性子の一部は核分裂しない原子核に捕獲され、他の中性子は捕獲されずに物質から脱出し、残りはさらなる核分裂を引き起こす。 多くの重原子核は核分裂を起こすことができるが、高速（高エネルギー）中性子だけでなく低速中性子でも核分裂する核分裂性原子核は、そのうちのごく一部に過ぎない。 核分裂を起こした原子核から放出される中性子が、他の核分裂しやすい原子核の核分裂を誘発し続ける過程を核分裂連鎖反応と呼びます。 ある世代における核分裂の数が、その前の世代における中性子の数と等しい場合、そのシステムは臨界と呼ばれ、1より大きい場合は超臨界、1より小さい場合は未臨界と呼ばれる。 原子炉の場合、各世代で利用可能な核分裂核の数は、「暴走」連鎖反応を防ぐために慎重に制御される。
核分裂兵器は通常、核分裂性同位体であるウラン235、プルトニウム239、またはこれらの組み合わせの高濃度の材料で作られます。
天然ウランの主な同位体は、核分裂性のウラン235（0.7％）と、核分裂性はあるが核分裂性はないウラン238（99.3％）である。 自然界ではプルトニウムは微量にしか存在しないため、核分裂性同位体であるプルトニウム239は原子炉でウラン238から人工的に作られる。 (ウラン処理参照) 核分裂兵器が爆発を起こすためには、ウラン235とプルトニウム239の同位体の純度の高いウランやプルトニウムは必要ありません。 現在の核兵器に使われているウランのほとんどは、約93.5％の濃縮ウラン235である。 核兵器は通常、93％以上のプルトニウム239と7％以下のプルトニウム240、そしてごく少量の他のプルトニウム同位体を含んでいます。 プルトニウム生産の副産物であるプルトニウム240は、臨界量（連鎖反応を起こすのに必要な質量）が大きい、作業員の放射線被曝が大きい（プルトニウム239と比較して）、一部の兵器設計では自発核分裂率が高く、連鎖反応が早期に開始されて収率が低下するなどの望ましくない性質を持っている。 その結果、兵器用プルトニウム239の製造に使用される原子炉では、プルトニウム240の蓄積を約6％に抑えるために、ウラン238が原子炉内に残される期間が制限されます
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