1945年8月9日上午11点02分，投弹手比汉从B-29上投下了绰号为“胖子”的原子弹。43秒后，原子弹在浦上天主教堂上方约500米爆炸（实际上和瞄准点差了一英里多，扔得比较歪）。比起枪式起爆的“小男孩”，内爆式的“胖子”当量更大。不过，这次轰炸的效果却和广岛差异很大。
▲爆点附近的浦上天主教堂
长崎是九州岛西部最好的天然港口，位于山区海岸线内一处宽敞的入海口中。高度拥挤的城市沿着山谷向海岸延伸了好几英里。由山脊分开的两条河开辟出了两条主要的山谷，城市就主要在这两条河形成的盆地中：浦上川从西北偏北方向入海，中岛川则是从北方方向入海。原子弹就落在浦上川的盆地中，山脊和城市分布的不规则性极大地影响了核爆的效果，当场只杀死了3.5万-4万人。之后朝鲜战争中，美军没有使用核武器的一点原因就是，朝鲜的山地会影响核武器的效果。
▲长崎核爆前后对比，瞄准点是图中市体育场的操场，可以看出和起爆点的距离
长崎的主要的居民区和商业区间杂地分布于这两个盆地中。大型工厂位于西海岸和浦上川的两岸。虽然官方称城市的市区达35平方英里并延伸至农村，但受制于地形，建筑密集的区域只有不到4平方英里。尽管经过了疏散，最大人口密度还是达到了65000人每平方英里。
长崎有极好的港口，在之前几个世纪有很重要的商业地位。但由于穿越山脊的道路和铁路设施不足，以及孤立的半岛位置，到那时其地位有所下降。由于海军基地被换到佐世保，因此工业在三菱的影响下开始变得越来越重要。城市最大的四家公司是三菱造船所、电机公司、兵工厂和钢铁厂，占据了90%的劳动力。
8月9日核爆之前，长崎在之前的一年内遭受过5次小规模的空袭，136架飞机扔下270吨高爆炸弹、53吨燃烧弹和20吨破片弹，共摧毁了276座居民楼和21座工业建筑。当核弹投下时，城市基本上还是完整的。由于大部分破坏都集中于浦上川峡谷，因此总的效果比广岛差很多。另外，并没有发生火风暴；实际上，风向的转变还抑制了火势的蔓延。超过80%的医院和医疗学校位于爆心3000英尺内。因此，医疗人员和设施受到的打击很严重，但情况看起来还是比广岛好一些，到11月1日已有120名医生在职，大概是空袭前的一半。起爆点3000英尺内的钢筋混凝土建筑，虽然还立着，但也已被火焰烧毁；木质建筑则完全被冲击波和大火摧毁。这些建筑内的死亡率高达75%-80%。
▲从郊区拍到的长崎上空的蘑菇云
公共设施同样也遭受了不同程度的打击。煤气厂全都被摧毁了，估计要几个月的时间修复。尽管基础的供水没有受影响，但居民区的管线依然破裂了数千处，跨越桥梁的主管线也有损伤。在破坏最严重的地区，供电系统被有效地切断了，但在其他地区，电力供应几乎立即恢复了。交通方面，船运几乎没有受影响。有轨电车业务由于电力供应中断以及车辆的损毁而暂停了。长崎位于铁路线的终端，破坏主要集中于铁轨和铁路桥。由于枕木被引燃，因此5000-7500英寸范围内的铁轨间断地扭曲变形，需要彻底更换。铁路站被冲击波和大火彻底摧毁，信号系统也严重受损。
城市的抢救工作也不是很顺利。维修工程被原子弹完全摧毁，因此除了停止向受损区域供水，基本上没有对道路、桥梁、主水管以及交通设施的维修。有轨电车公司的115名员工中只有三名幸存者，直到11月中旬，才重新有电车开通。警察和川南造船厂的员工开始清扫大村-长崎公路。尽管阴燃火灾不断传来炽热，但还是开出了一条6.5英尺的道路。到8月15日，已经拓宽到双车道。尽管街道上遍布瓦片、砖块、以及烧焦的木头，而且清理工作能用的只有铁锹，没有卡车。但到8月20日，工作还是基本上完成了。
虽然长崎的伤亡人数不如广岛，但是受灾面积比广岛大。在广岛，火风暴和火灾引起了严重的破坏。而在长崎并没有发生火风暴，冲击波才是破坏的主要原因。一英里外，整排的钢结构厂房的表面也被全部吹飞，只剩下扭曲的骨架。抗冲击波的物体，比如电线杆也向爆心外方向倾斜；周围的山上，很大一片树被吹倒。
由于城市群山环绕，因此有一半以上的住宅免收严重损伤。8月1日，城市中共有52000座住宅，14146座即27.2%被完全摧毁（其中11494座被烧毁）；5441座即10.5%被半毁；剩余很多建筑都只受表面损伤。558座非住宅建筑中，几乎60%的天花板被摧毁或是结构受损，只有12%未受损。
占城市工业产出90%以上的四家工厂中，只有三菱造船厂离爆炸足够远没有严重受损，其他三家都破坏严重。兵工厂和钢铁厂在主要受灾区域内。官方估计前者58%失效，后者78%失效，总共被摧毁了50%。三菱电机公司在爆炸范围边缘，结构受损约10%。
佐世保海军军区的指挥官是这样描述工业设施的受损情况的：
“（三菱兵工厂）除了在隧道内和半地下的工场，御桥和茂里町的工厂由于塌陷被完全摧毁了。这些工厂内部的钢筋混凝土建筑也受损严重——天花板塌陷，各种设备都被摧毁了。御桥工厂的铸造和锻造车间被火焚毁，茂里町的也几乎被烧毁。两家工厂合起来，60%的机器都受损了。御桥工厂大约有80%-90%的机器可重新使用；而茂里町的则只有40%-50%。”
▲核爆后的三菱兵工厂
对于三菱钢铁厂：
“厂房的结构（有些不是轻钢骨架结构）严重受损，屋顶和墙壁的板子被吹飞。骨架扭曲弯折或是倒塌，几座建筑起火。工厂里的所有建筑现在几乎都不可再使用。不过，有近70%的机器可以修理。”
总得来说，对工厂内的机器和其他设施的伤害小于对建筑本身的伤害。虽然有些机器被冲击波掀翻了，但基本上所有严重损伤都是由建筑的废墟造成的。
因此，机器损伤的类型和程度取决于外部建筑的结构。在木结构建筑中，95%的机器严重受损，但在钢筋混凝土和钢结构建筑中，只有1/4到1/3的机器受严重影响。火灾给木结构车间里的机器造成了很多伤害（特别是在起爆点7000英尺内）。一些钢筋混凝土建筑中，倒塌的墙和屋顶也砸坏了机器。
▲三菱钢铁厂和兵工厂的鸟瞰照片
原材料的缺失也影响了四家三菱工厂的生产效率。但即使原材料充足，生产恢复估计也会很慢。假如战争继续，造船厂需要3到4个月才能恢复80%的产能。钢铁厂需要一年才能重新进行大批量生产，电机公司在两个月内可以以低速恢复生产，6个月内恢复产能。兵工厂则需要15个月才能达到之前2/3的产能。
▲三菱钢铁厂二号厂房
总得来说，虽然有有山地阻挡，且核弹扔得很歪，但胖子还是比较好地完成了任务，沉重地打击了长崎的工业。不过，扔完胖子后美军有一段时间面临一个尴尬的事实，那就是没有核弹了。第四枚核弹或者说胖子二号当时还在制造，预计要到19-20日才能投放到日本。如果不是生产速度所限，大概幸运地逃过一劫的小仓等城市也会被炸吧。
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