核武器的物理原理其实并不复杂，我们在高中就学到了链式反应。但是防止核武器扩散的壁垒，在于分离差异只有1%的两个同位素。铀这个元素是德国化学家马丁·克拉普罗特在1789年发现的，人类对它的认识只有230年的历史。一开始大家没把它当回事儿。直到1938年，铀的暗黑潜质才被发掘。天然的铀矿含有铀的2个同位素：铀235和铀238。拿来造核弹的是铀235，因为它在裂变的过程中会释放出2个中子。
而铀235是一种奇怪的元素，它和其他元素，以及弟弟铀238有点不一样，它即使吸收了低能中子，也会发生裂变，爆发小宇宙。因此只要有少量铀235在裂变，别的铀235也会跟风裂变，这就是链式反应。链式反应维持在临界状态，也就是说一代代释放出来的中子数保持稳定，就能温和地释放能量，这就是核电站的原理；如果链式反应超临界，一代代释放出的中子数不断增长，那么就能造核武了。
1941年，美籍意大利裔物理学家恩里科·费米用了一点点铀235制造出了史上第一次链式反应。不过呢，铀238和铀235不一样，它比较淡定，见到低能中子就假装没事吃下去变成了铀239，并不会继续吐出中子。铀238只有被快中子撩了才会噼里啪啦裂变。换句话说，如果铀235附近老多铀238弟弟，那么它吐出的中子就后继无人，无法产生链式反应，就没法拿来制造武器或者当作核燃料了。
所以，我们才需要将铀235和兄弟分离，进行铀235果汁浓缩。但是类，地球的铀矿里只有0.7%是铀235，剩下的都是铀238。而要制造核电站核燃料的话，铀235的纯度要达到3.5%以上，而核武器则需要80%-90%。要怎样浓缩足够的铀235呢？这就是制造核武器最困难的步骤了。因为铀235和铀238的化学性质相似，没办法用化学反应将它俩分开。
而且它俩的大多数物理学性质，比如沸点也相似，也没有办法用简单的物理方法分开这两兄弟。它们之间的微小差别，就在于铀235比铀238要轻一丢丢。所以某些情况下，铀235要比兄弟快那么一点点。现在的主流铀浓缩方法，就是利用了铀235比铀238快一点点的性质。第一种铀浓缩的方法，也是制造第一个原子弹的方法——气体扩散法。
气体扩散法过程大概是这样的：铀的化合物的气体通过一个有孔的管子，管子放在一个压强更低的盒子里。根据格锐目定律，气体扩散速度和气体密度的平方根成反比。因此铀235会比体重更大的兄弟更早从管子的孔隙里扩散出来。收集这波早出场的气体，就可以得到浓度更高的铀235。如此反复操作，铀235含量就会继续增加，最终达到制造核电站燃料，或是核弹所需的水平。这样的工厂就叫做气体扩散工厂。
第一个原子弹的气体扩散工厂K-25位于美国田纳西州，占地近16万平方米，里面有总长150千米的管道。除了这种方法，另外还有一种更常见的浓缩铀的方法，那就是是气体离心法。当然，它利用的也是铀235和铀238的密度的微小差异。气体离心法是这样操作的：铀的化合物气体被输入后，离心机里的滚轮就这样转啊转。密度更大的铀238就被甩到了外层和下部，铀235留在更靠中心的上部。
采集靠近中心的上层气体，就可以得到浓度更高的铀235了。但是一个离心机并不能一步登天。这样把离心机互相串联，变成铀体蜈蚣，多甩几次，才能把铀235甩到特定的水平。气体离心法的耗能只有气体扩散法的1/60，而且理论上的浓缩效率更高。当然，也是因为效率更高，现在能做铀浓缩的国家也多了起来。实际上，离心机法为核武器扩散带来了隐患，所以某强国才让某文明古国别把铀235甩到3.5%以上。
那么，刚才说的这个铀的化合物气体是什么呢？它就是六氟化铀，就是6个氟原子包着一个铀原子的分子。这个有根呆毛的UFO是怎么造的呢？铀矿开采出来以后，首先要去除里面含碳的成分，然后泡在硝酸里，再依次和氨、氢、氢氟酸和氟反应，最后得到UF6，就可以开始浓缩了。而浓缩完的UF6气体，还要变成固体才能用。所以，浓缩好的UF6气体里还要加入钙，渣氟更中意钙，此时才会把铀抛弃。
这样一波操作之后，最后剩下了孤孤单单一个人的铀的氧化物——二氧化铀。二氧化铀要在到1400摄氏度的高温下烘烤，然后被制作成这样的小块。不过细心的人还会有疑问：实际上变成UF6之后，铀235和铀238构成的化合物之间的质量比差距更小了，这不是给分离造成了更大的困难吗？为什么要选择UF6呢？为什么不直接用铀的氧化物，或者铀单质来浓缩呢？这主要有2个原因。首先，铀的氧化物和铀单质的沸点都太高了。
比如铀单质的沸点达到了4131摄氏度。如果它都变成了蒸汽，谁家的金属容器还能顶得住啊？相反，UF6的沸点很低。UF6在常温常压下是白色固体，但是只需要56摄氏度，它就可以变成气体。更巧的是，氟只有一个稳定的同位素F19，因此气体扩散法和气体离心法才能派上用场。想象一下啊，如果氟和铀一样有多种同位素，那么即使分离出了更轻的气体，我们也不能确定分离出来的是更轻的铀235，还是更轻的氟的同位素。
好的，现在我们了解了，UF6用来浓缩铀很合适。听起来很简单，但实际上制造UF6的过程困难重重，技术门槛和危险系数极高。首先，UF6相当不好惹，它不但剧毒，而且会和水剧烈反应，生成要命的氢氟酸。UF6还能腐蚀大多数金属，因此要制造能顶得住UF6的离心机也是很666了。
此外，在制造UF6时要用到的氟单质本身就是个大妖怪，这个家伙性质超活泼，和谁都能打得火热，它可以和元素周期表上除了氖和氦以外的所有元素反应。实际上，第一个制备分离出氟单质，同时没有当场去世的人亨利·莫瓦桑就凭这一点拿下了1906年的诺贝尔化学奖。最后，气体离心机的转速很高，浓缩铀的离心机可以产生百万倍重力的离心力。这有多快呢？
举个例子，二战后苏联靠抓来的一支德国悲催小分队发明的Z型离心机的转速达到了每秒1500转。作为对比，普通家用洗衣机脱水的时候大概是每秒12-25转。因此要制造浓缩铀的离心机的话，需要不会在高转速的情况下甩炸，而且不会被UF6腐蚀的非常特殊的金属。一般用来制造离心机的常见金属是金属是铝和钢。铝表面会形成一层氟化物膜，阻止和UF6的进一步反应。
上面这些技术难点就是防止核武器扩散的技术壁垒，也是防止人类作死的最后一道技术防线了。