要搞懂核聚变的原理，首先要了解一个有悖于宏观常识的微观知识，即：
每个原子核的质量，总是小于组成它的单个核子的质量之和（质子和中子统称为核子）。
那么，减少的这部分质量都跑哪去了呢？
变成了能量！根据爱因斯坦的质能转换原理（E=mc2），丢失的质量化成了巨大的能量——这就是氢弹（Hydrogen Bomb）的原理。
轻元素聚合成较重元素的过程就叫做“聚变”。
目前的研究中，我们使用氢的同位素氘和氚，在极高的温度和压力下，核外电子摆脱原子核的束缚，从而使两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子氦，并同时释放出的巨大的能量。
与核裂变相比，核聚变释放的能量更大（约为核裂变能的4倍）、对环境污染小、燃料供应充足。因此，如何实现可控核聚变，是人类未来发展研究的重要方向。
核裂变又称核分裂，是指由重的原子核（主要是指铀核或钚核）分裂成两个及以上质量较小的原子的一种核反应形式。
通过核聚变的知识我们知道，核子聚变成原子核时质量会减少，消失的质量转变成了能量。单个核子组成原子核时放出的能量叫做结合能。
核子结合成不同的原子核时，单个核子平均下来，损失的质量也不一样。
经研究发现，核子组成铁原子核时损失的平均质量最大，而这意味着单个核子放出的能量也最大。铁元素是第26号元素，铁之前的元素和以后的元素的平均结合能是逐渐变小的。假如我们对1到92号元素的结合能作一个大小排列，那26号铁元素则位于山顶，而两边的坡脚分别是氢元素和92号元素铀。
因此，当92号元素铀的原子核分裂成大致相等的两个新核（原子序数在26和92之间）后，两个新核中单个核子损失的平均质量会变大。也就是说，铀核分裂后生成的两个新核的总质量是低于铀核的，减少的质量就变成核裂变能释放出来。
——这就是原子弹（Atom bomb）的原理。
核裂变的发现，始于一个总是“失败”的实验：
后来，奥托·哈恩采用非放射性的钡作标记来探测铀的变化，这样如果铀衰变为镭，钡就会探测到。哈恩用集束粒子流轰击铀，却连镭也没得到，只探测到了更多的钡——钡远远多出了实验开始时的量。出乎意料的结果让哈恩感到迷惑不解，便请求莉泽·迈特纳帮他解释这其中的原因。
迈特纳根据实验结果及理论分析发现：粒子的轰击使铀原子核变得很不稳定，从而发生分裂。后续的试验证明了这个理论——当游离的质子轰击放射性铀时，铀原子分裂成了两部分，生成了钡和氪，这个过程还释放出巨大的能量，这些能量被称为原子核能，俗称原子能。
原子能有多巨大呢？经实验和理论研究发现，1千克铀-235的全部核的裂变将产生20,000兆瓦时的能量，与2000吨煤充分燃烧释放出的能量一样多，相当于一个20兆瓦的发电站运转1,000小时。
并不是所有原子都能发生核裂变，只有一些质量非常大的原子核像铀、钍、钚等才可以。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个及以上质量较小的原子核，同时释放出多余中子和巨大能量，这些中子又使别的原子核继续发生核裂变，如此循环，这种过程称作链式反应。
根据前述知识我们发现，大气中常见的元素如6号元素碳、7号元素氮、8号元素氧等发生核裂变时质量是增加的，也就是需要吸收巨大的能量才能发生反应，结合热力学第二定律，这种反应几乎不可能自发产生且无限发展，这也就是为什么奥本海默说三一试验启动后发生不可控链式反应的可能性几乎为零。
原子弹有两种常见的构型，分别是枪式构型和内爆式构型。
枪式又称压拢型，因其内部结构类似于一根长管而得名。
在长管的一端放置引爆物，其前方是一个空心铀块；在另一端，装有一个直径略小的实心铀块，正好可以嵌入空心铀块。引爆后，爆炸产生的高速气体推动空心铀块沿长管高速前进，套住实心铀块。两端铀块结合在一起，超过临界质量，开始裂变并发生链式反应，最终形成核爆。
为什么两端铀块要设置成嵌套的结构呢？
如果设置成两片状的结构，在铀块相互撞击时，首先在撞击表面开始的裂变反应，会导致轻微爆炸并将两个铀块推开，使铀块无法达到临界质量，变成“哑弹”。为了避免这种情况，聪明的科学家们采用了这种“甜甜圈”式的结构。
枪式构型简单明了，因此成为曼哈顿计划最初的重点研究方向，投在日本广岛的铀-235弹“小男孩”就采用枪式构型。
但枪式构型也存在较大缺陷。
首先，由于钚-239含有同位素钚-240杂质，会导致自发性反应速率增大到预估的五倍，这会提前触发链式反应，导致先期爆炸，释放的能量会炸散核燃料，造成“闪灭现象”。且钚的这两个同位素极难分离，因此只能采用铀-235作为枪式构型的原料。
另外，由于两铀块合拢需要一定时间，而在尚未充分合并以前，铀原子核会因自发裂变释放出中子，并引起轻微爆炸，减小核原料的密度，使大部分核装药无法参与反应，造成极大浪费。
研究表明，对于一定的裂变物质，密度越高，临界质量越小。而在高压下，物质往往可被压缩到更高的密度。
根据这一特性，发展出了内爆式构型。
如上图，在内爆式构型中，将引爆物置于球形装置的外围，引爆物内层为中子反射层，用于防止中子向外泄漏，再向内为小于临界质量的核原料，球体中心为钋-铍中子源。
引爆外围物质后产生强大的内爆波，压缩核原料向中心合拢，从而使其密度大幅增加，达到临界状态，此时位于中央的钋-铍中子源受到挤压，释放出大量中子，加速裂变反应，发生极猛烈的爆炸。
由于压缩波效应导致核装药达到临界质量所需的时间远小于枪式构型合拢的时间，因此在内爆式构型中核原料限制较少。钚-239由于自身物理活性更强，反射截面积更大，更容易产生裂变，临界质量比铀-235小得多，因此在内爆式构型中多采用钚-239作为原料。
相对于枪式构型，内爆式构型更加复杂。
因此，奥本海默最初并未特别重视该思路，只是分了一个小组来做理论计算和设计，以做备选，直至发现枪式构型的缺点之后才转而主攻内爆式构型，最终的“三位一体”核试验就是采用了内爆式构型钚弹。
投在日本长崎的钚弹“胖子”采用的也是内爆式构型。“胖子”仅携带6.4KG的钚，最终爆炸释放出2.2万吨TNT当量，利用率提高到接近20% 。
--------
三一试验的成功倾注了无数科学家的心力，更汇聚了量子物理学几十年的积淀。但它最终带来的不止是几十万人的死亡，更有长期的辐射污染，以及随之而来的冷战与核军备竞赛、核恐怖平衡。
爱因斯坦曾说：“我不知道第三次世界大战会使用什么武器，但第四次肯定是石头！”人类的未来，又将何去何从呢？
