איש שמן

תחילת הפיתוח

הפצצה הגרעינית "איש שמן" פותחה על ידי האמריקנים במסגרת פרויקט מנהטן, התוכנית הסודית לפיתוח נשק גרעיני במהלך מלחמת העולם השנייה. עוצמת הפצצה באה מביקוע גרעיני של פלוטוניום-239, יסוד מלאכותי המופק מאורניום-238. לפי התכנון המקורי אמורה הייתה הפצצה להיות מופעלת על ידי "מנגנון ירי", שבו שתי מסות תת-קריטיות נורות זו אל זו באמצעות הדף חומר נפץ רגיל, ומביאות כך ליצירת מסה קריטית ולתחילת תגובת השרשרת הגרעינית. מנגנון זה מתוכנן היה לשימוש הן בפצצה המבוססת על אורניום והן בפצצה המכילה פלוטוניום.
פצצה במתכונת זו, על בסיס פלוטוניום, תחת שם הקוד "איש רזה" כבר הייתה בתהליך הרכבה, אך הוא הופסק באפריל 1944 כאשר התברר כי לפלוטוניום רמת ביקוע ספונטני גבוהה מהמשוער: הפעלת מנגנון ירי (מנגנון איטי באופן יחסי) על חומר בעל רמת ביקוע ספונטני גבוהה, הייתה ככל הנראה מביאה לפיצוץ טרם שלב היווצרות המסה הקריטית, כך שהפצצה הייתה מכלה את עצמה לפני השגת האפקטיביות הרצויה. תאורטית ניתן היה לייצר פצצת פלוטוניום בעלת מנגנון ירי, אך זו חייבה גוף פצצה באורך 19 רגל (כ-5.8 מטר) ומשקל שהוא מעבר ליכולת הנשיאה של המפציץ בי-29 אשר יועד למשימה.
מנגנון הירי כן היה בר ביצוע בפצצה המכילה אורניום מועשר, והוא אכן יושם בפצצה "ילד קטן" שהוטלה על הירושימה ב-6 באוגוסט 1945.

מנגנון הקריסה

המנגנון החלופי, אותו החלו לפתח ביוני 1944 בבניית הפצצה "איש שמן", היה "מנגנון קריסה". במנגנון זה מסה תת-קריטית של פלוטוניום מוקמה במרכז מסה כדורית של חומר נפץ רגיל. מספר נפצים על פני שטח כדור חומר הנפץ הוצתו בו-זמנית כדי ליצור לחץ עצום פנימה לכיוון ליבת הכדור, דוחסים אגב כך את מסת הפלוטוניום שבמרכזו ומגבירים את צפיפותה עד לכדי מסה קריטית המאפשרת את תגובת השרשרת הגרעינית.
נקודת התורפה בבניית פצצה בעלת מנגנון קריסה הייתה טמונה בקושי ליצור תהליך דחיסה סימטרי. דחיסה א-סימטרית הייתה מביאה לפליטת מסת הפלוטוניום אל מחוץ לגוף הפצצה, ובכך לשיבוש תהליך הביקוע הגרעיני ולפיצוץ לא יעיל של פצצה מלוכלכת (פצצה קונבנציונלית המזוהמת בפסולת גרעינית ובחומרים רדיואקטיביים). על הקושי התגברו על ידי התקנת חומר הנפץ הרגיל כמערך "עדשות נפץ" הידרודינמיות - חומרים נפיצים בצפיפויות שונות - אשר מיקדו את גלי ההדף בתוך הכדור המתפוצץ כלפי פנים, בדומה לאופן שבו עדשה אופטית ממקדת קרני אור.
מנגנון הקריסה יעיל ובטיחותי ממנגנון הירי שהיה בעל פוטנציאל גבוה לתאונות, אך בשל מורכבותו והדיוק הרב שהצריך, ביצעו האמריקנים ביולי 1945 ניסוי מקדים לבחינת יעילות הנשק החדש - "ניסוי טריניטי" – ובו פוצצו באופן מבוקר פצצה פלוטוניום בעלת מנגנון קריסה. עוצמת הפיצוץ בניסוי, שהיה הפיצוץ הגרעיני הראשון בהיסטוריה, הייתה כ-20 קילוטון: חזקה פי שניים עד ארבעה מהעוצמה לה ציפו.
ב-1 באוגוסט 1945 כבר היו מוכנות שתי פצצות גרעין  - "ילד קטן" ו"איש שמן" - ושלישית הייתה בשלב בנייה מתקדם. אורך הפצצה "איש שמן" היה 2.34 מטרים, קוטרה 1.52 מטר ומשקלה 4.63 טון. כפי שניתן להסיק משמה, רוחבה היה כפליים ויותר מרוחב "ילד קטן" אך משקלה גדול ממנה רק ב-10 אחוז.

התאמת גוף פצצה ומטוס נושא

ביוני 1943, עם התקדמות פרויקט מנהטן, נמצא כי רק שני מטוסים של בעלות הברית מסוגלים לשאת את הפצצה המתוכננת-B-29 סופרפורטרס האמריקאי והאוורו לנקסטר הבריטי-מבין שניהם נבחר ה-B-29, משיקולים לוגיסטיים ולאומיים. פרויקט התאמת המטוס לנשיאת הפצצות, Silverplate , התנהל במקביל להתאמת גוף פצצה לראש הקרב הגרעיני. 
באותה נקודת זמן, היו שתי הצעות למגנוני פיצוץ-"איש שמן" ו"איש רזה". שני ניסויים ראשונים בפצצות דמה נערכו באוגוסט וספטמבר 1943 ובעקבות כשלונם הוקמה יחידה ייעודית לניסויים. בדצמבר נערכה הסבה ראשונה של אחד ממטוסי B-29 (שכינויו היה "Pullman airplane") שכללה שינוי של תא הפצצות ומנגנוני ההטלה, בעיקר עקב אורכו של מנגנון "איש רזה". בסוף פברואר 1944 החלו ניסויי הטלת פצצות דמה באמצעות המטוס המוסב. הניסויים פסקו באמצע מרץ לצורך הכנסת שיפורים במבנה "איש רזה" ועקב נפילת הפצצה בתוך המטוס שגרמה נזק חמור למטוס. לאחר תיקון המטוס, הניסויים נמשכו בסוף יוני 1944 ושלוש פצצות דמה של "איש רזה" ותשע של "איש שמן" הוטלו במהלכם. בבחינת תצלומים שנעשו במצלמה מהירה, התגלה כי סנפירי הזנב התעוותו עקב לחץ מה שגרם למסלול שונה מהמתוכנן. נוסו תצורות שונות של סנפירים עד שנבחרה תצורה שכונתה "מצנח קליפורניה".
באותה עת נזנח מנגנון "איש רזה" עקב רמת הביקוע הגבוהה שלו והוא הוחלף במנגנון "ילד קטן" (מעבר לאורניום 235 במקום 239 וקיצור אורך הפצצה). שינוי זה איפשר לחזור לתכנון הקודם של B-29 ולכן מטוס Pullman הוחזר לתצורה המקורית שלו ובספטמבר 1944 הוטס לבסיס חיל האוויר וונדובר ביוטה, שם ביצע עוד ניסויי הטלה עד שנפגע בתאונת נחיתה בדצמבר.

סיום המלחמה

לאחר הפצצת נגסאקי נכנעה ממשלת יפן ללא תנאים, בשל חששה מפצצות גרעיניות נוספות (אם כי האמריקאים לא הרכיבו פצצות נוספות באותו הזמן). על אף שמקובל להאמין כי השימוש בנשק הגרעיני הוא זה שהביא לסיום המלחמה לפני פלישה מתוכננת לאיי יפן (שככל הנראה הייתה גובה מחיר כבד מאוד מהאמריקאים), התעוררו בשנים שלאחר מכן ויכוחים וחילוקי דעות באשר לנחיצות השימוש בנשק גרעיני נגד יפן, הן מטעמים מוסריים והן מטעמים צבאיים.
מאז ועד היום לא נעשה שימוש נוסף בפצצה גרעינית כנשק מלחמתי.
בדו"ח סמית - המסמך המסקר את תוכנית מנהטן שפרסמה הממשלה האמריקנית מיד עם תום ההפצצות -  לא מוזכר מנגנון הקריסה, ולמעשה כל מידע עליו נשאר בגדר אינפורמציה מסווגת וסודית עד שנת 1951, אז נחשף לראשונה במהלך עדויות במשפטם של אתל ויוליוס רוזנברג.