«Касл Браво» стал первым в серии испытаний конструкции высокомощного термоядерного оружия , проведенных Соединенными Штатами на атолле Бикини , Маршалловы острова , в рамках операции «Касл» . Взорванное 1 марта 1954 года, это устройство остается самым мощным ядерным устройством, когда-либо взорванным Соединенными Штатами, и первым термоядерным оружием на основе дейтерида лития , испытанным с использованием конструкции Теллера-Улама . [1] [2] Выход Касла Браво составил 15 мегатонн в тротиловом эквиваленте (63 ПДж ), что в 2,5 раза превышает прогнозируемые 6 мегатонн в тротиловом эквиваленте (25 ПДж), из-за непредвиденных дополнительных реакций с участием лития-7 , [3] которые привели к радиоактивному загрязнению. в окрестностях. [4]
Осадки , самые тяжелые из которых представляли собой измельченные в результате взрыва поверхностные кораллы, упали на жителей атоллов Ронгелап и Утирик , в то время как более твердые и газообразные осадки распространились по всему миру. Жители островов были эвакуированы лишь через три дня и заболели лучевой болезнью . Двадцать три члена экипажа японского рыболовного судна «Дайго Фукурю Мару» («Счастливый дракон № 5») также пострадали от тяжелых осадков, страдая от острого радиационного синдрома , включая смерть шесть месяцев спустя Кубоямы Айкичи, главного радиста лодки. Взрыв вызвал бурную международную реакцию по поводу атмосферных термоядерных испытаний. [5]
Кратер Браво расположен на 11 ° 41'50 "N 165 ° 16'19" E / 11,69722 ° N 165,27194 ° E / 11,69722; 165.27194 . Остатки дамбы Замка Браво находятся на 11 ° 42'6 "N 165 ° 17'7" E / 11,70167 ° N 165,28528 ° E / 11,70167; 165.28528 .
Устройство Castle Bravo размещалось в цилиндре весом 23 500 фунтов (10,7 т), длиной 179,5 дюймов (456 см) и диаметром 53,9 дюйма (137 см). [3]
Основным устройством была дейтерий-тритиевая атомная бомба COBRA с газовым наддувом, изготовленная Лос-Аламосской научной лабораторией , очень компактное устройство MK 7. Это устройство деления с форсированным двигателем было испытано в ходе события Upshot Knothole Climax и произвело 61 килотонну в тротиловом эквиваленте (260 ТДж) (из ожидаемого диапазона мощности 50–70 кт). Это было сочтено достаточно успешным, поэтому запланированную серию операций «Домино» , призванную исследовать тот же вопрос о подходящей первичной обмотке для термоядерных бомб, можно было отменить. [7] : 197 Имплозивная система была довольно легкой — 410 кг (900 фунтов), поскольку в ней не использовалась алюминиевая оболочка толкателя вокруг тампера [ Примечание 1] и использовались более компактные кольцевые линзы, [Примечание 2] — конструктивная особенность, общая с конструкции Mark 5, 12, 13 и 18. Взрывчатое вещество внутренних зарядов MK 7 было заменено на более мощный Cyclotol 75/25 вместо состава B , использовавшегося в большинстве хранившихся в то время бомб, поскольку Cyclotol 75/25 был более плотным, чем состав B, и, таким образом, мог генерировать такое же количество взрывной силы в меньшем объеме (он обеспечивал на 13 процентов больше энергии сжатия, чем Комп Б). [8] : 86 : 91 Композитная уран-плутониевая активная зона COBRA левитировала в яме типа D. COBRA была последним продуктом разработки в Лос-Аламосе «новых принципов» полого ядра. [7] : 196 Медная облицовка ямы, заключенная во внутреннюю капсулу из оружейного плутония, предотвращала диффузию газа DT в плутоний - метод, впервые опробованный в Greenhouse Item . [7] : 258 Собранный модуль весил 830 кг (1840 фунтов) и имел ширину 770 мм (30,5 дюйма). Оно располагалось на конце устройства, которое, как видно на рассекреченном фильме, представляет собой небольшой конус, выступающий из баллистического корпуса. Этот конус представляет собой часть параболоида, которая использовалась для фокусировки излучения, исходящего из первичной обмотки, во вторичную. [9]
Устройство называлось SHRIMP и имело ту же базовую конфигурацию (радиационная имплозия), что и мокрое устройство Айви Майка , за исключением другого типа термоядерного топлива. SHRIMP использовала дейтерид лития (LiD), который является твердым при комнатной температуре; Айви Майк использовала криогенный жидкий дейтерий (D2 ) , для которого требовалось сложное охлаждающее оборудование. Замок Браво был первым испытанием Соединенными Штатами практической доставляемой термоядерной бомбы , хотя TX-21, прошедший контрольные испытания в ходе мероприятия «Браво», не был использован в качестве оружия. Успешное испытание сделало устаревшей криогенную конструкцию, использованную Айви Майком , и ее боевую модификацию JUGHEAD , которую планировалось испытать в качестве первого Castle Yankee . Также использовался алюминиевый баллистический корпус 7075 толщиной 9,5 см. Алюминий использовался, чтобы резко уменьшить вес бомбы и одновременно обеспечить достаточное время удержания радиации для повышения мощности, в отличие от тяжелого корпуса из нержавеющей стали (304L или MIM 316L), используемого в современных проектах оружия. [7] : 54 : 237 [10]
SHRIMP , по крайней мере теоретически, и во многих важных аспектах был идентичен по геометрии устройствам RUNT и RUNT II, которые позже прошли испытания в Касл-Ромео и Касл-Янки соответственно. На бумаге это была уменьшенная версия этих устройств, и ее происхождение можно проследить до весны и лета 1953 года. ВВС США указали на важность более легкого термоядерного оружия для доставки самолетами B-47 Stratojet и B. -58 Хастлер . Лос-Аламосская национальная лаборатория отреагировала на это указание последующей усовершенствованной версией RUNT, уменьшенной до системы радиационной имплозии масштаба 3/4, названной SHRIMP . Предлагаемое снижение веса (с 42 000 фунтов (19 000 кг) у TX-17 до 25 000 фунтов (11 000 кг) у TX-21) обеспечит ВВС гораздо более универсальной доставляемой гравитационной бомбой . [7] : 237 В окончательной версии, испытанной в Касле, в качестве термоядерного топлива использовался частично обогащенный литий . Природный литий представляет собой смесь изотопов лития-6 и лития-7 (с содержанием первого 7,5%). Обогащенный литий, используемый в «Браво» , номинально составлял 40% лития-6 (остальную часть составлял гораздо более распространенный литий-7, который ошибочно считался инертным). Топливные снаряды различались по обогащению от 37 до 40% по 6 Li, а снаряды с меньшим обогащением располагались в конце термоядерной камеры, вдали от первичного контура. Более низкие уровни обогащения лития в топливных снарядах по сравнению с БУДИЛЬНИКОМ и многими более поздними водородными видами оружия были обусловлены нехваткой обогащенного лития в то время, поскольку осенью 2008 года первый из заводов по разработке сплавов (ADP) начал производство. 1953. [11] : 208 Объем использованного топлива LiD составлял примерно 60% от объема заправки термоядерного топлива, используемого во влажных КОЛБАСАХ и сухих устройствах RUNT I и II , или около 500 литров (110 имп галлонов; 130 галлонов США). , [Примечание 3] соответствует примерно 400 кг дейтерида лития (поскольку LiD имеет плотность 0,78201 г/см 3 ). [12] : 281 Стоимость смеси около 4,54 долларов США./g в то время. Эффективность термоядерного сгорания была близка к 25,1%, что является самым высоким достигнутым КПД первого поколения термоядерного оружия. Эта эффективность находится в пределах цифр, приведенных в заявлении от ноября 1956 года, когда представитель Министерства обороны сообщил, что были испытаны термоядерные устройства с эффективностью от 15% до примерно 40%. [7] : 39 Ганс Бете, как сообщается, независимо заявил, что первое поколение термоядерного оружия имело эффективность (синтеза) от 15% до примерно 25%.
Термоядерное горение будет производить (как и топливо деления в первичной обмотке) пульсации (генерации) нейтронов высокой энергии со средней температурой 14 МэВ в рамках цикла Джеттера.
Цикл Джеттера представляет собой комбинацию реакций с участием лития , дейтерия и трития . Он потребляет литий-6 и дейтерий и в двух реакциях (с энергиями 17,6 МэВ и 4,8 МэВ, опосредованных нейтроном и тритием) производит две альфа-частицы . [13]
В результате реакции образуются нейтроны высокой энергии с энергией 14 МэВ, а ее нейтронность оценивается в ≈0,885 (при критерии Лоусона ≈1,5).
Поскольку SHRIMP , наряду с RUNT I и ALARM CLOCK , должны были быть высокопроизводительными снарядами, необходимыми для обеспечения термоядерной « аварийной способности », их термоядерное топливо могло быть дополнено дополнительным тритием в форме 6 LiT. [11] : 236 Все нейтроны высокой энергии с энергией 14 МэВ вызовут деление в тампере уранового термоядерного синтеза, обернутом вокруг вторичной обмотки и плутониевого стержня свечи зажигания. Ожидалось, что соотношение атомов дейтерия (и трития), сожженных нейтронами с энергией 14 МэВ, порожденными горением, будет варьироваться от 5:1 до 3:1, стандартизация, полученная Майком [ 11] , в то время как для этих оценок соотношение 3: 1 преимущественно использовался в ISRINEX. Нейтронность реакций термоядерного синтеза, используемая тампером термоядерного синтеза, значительно увеличила бы выход устройства.
К цилиндрическому баллистическому корпусу был прикреплен радиационный корпус из природного урана толщиной около 2,5 см. Его внутренняя поверхность была покрыта медной прокладкой толщиной около 240 мкм и сделана из медной фольги толщиной 0,08 мкм, чтобы увеличить общее альбедо хольраума . [14] [15] [ 0,08 мкм?? - необходима проверка ] Медь обладает отличными отражающими свойствами, а ее низкая стоимость по сравнению с другими отражающими материалами, такими как золото, сделала ее полезной для массового производства водородного оружия. Альбедо Хольраума — очень важный параметр конструкции для любой конфигурации инерционного удержания. Относительно высокое альбедо обеспечивает более высокую межкаскадную связь из-за более выгодных азимутальных и широтных углов отраженного излучения. Предельное значение альбедо для материалов с высоким Z достигается при толщине 5–10 г/см 2 , или 0,5–1,0 свободного пробега. Таким образом, хольраум, сделанный из урана, намного толще, чем свободный путь урана, был бы излишне тяжелым и дорогим. В то же время угловая анизотропия увеличивается с уменьшением атомного номера материала рассеивателя. Поэтому лейнеры из хольраума требуют использования меди (или, как в других устройствах, золота или алюминия ), так как вероятность поглощения увеличивается с ростом значения Z эф рассеивателя. В хольрауме имеются два источника рентгеновского излучения: первичное излучение, преобладающее в начале и во время нарастания импульса; и стенка, что важно во время плато требуемой температуры излучения ( Tr ) . Первичная обмотка излучает излучение подобно лампе-вспышке , а вторичной требуется постоянная величина T r для правильного взрыва. [16] Эта постоянная температура стенки определяется требованиями к давлению абляции для обеспечения сжатия, которое в среднем составляет около 0,4 кэВ (из диапазона от 0,2 до 2 кэВ) [Примечание 4] , что соответствует нескольким миллионам кельвинов . Температура стенки зависела от температуры ядра первичной обмотки , которая во время ускоренного деления достигала максимума около 5,4 кэВ. [19] : 1–11 [17] : 9 Конечная температура стенки, соответствующая энергии переизлученных стенкой рентгеновских лучей на толкатель вторичной обмотки, также падает из-за потерь из самого материала хольраума. [14] [Примечание 5] Природный уран гвозди, облицованные до макушки медью, крепили радиационный футляр к баллистическому футляру. Гвозди были прикручены вертикальными рядами в конфигурации двойного сдвига, чтобы лучше распределить срезывающие нагрузки. Этот метод крепления радиационного корпуса к баллистическому корпусу впервые был успешно использован в устройстве Ivy Mike . Радиационный корпус имел параболический конец, в котором размещалась первичная обмотка КОБРЫ , которая использовалась для создания условий, необходимых для начала реакции термоядерного синтеза, а другой конец представлял собой цилиндр , как также видно в рассекреченном фильме Браво.
Пространство между тампером уранового синтеза [ Примечание 6] и корпусом образовывало радиационный канал для проведения рентгеновских лучей от первичной обмотки ко вторичной сборке; межэтапный. Это один из наиболее тщательно охраняемых секретов многоступенчатого термоядерного оружия. Имплозия вторичной сборки происходит косвенно, и методы, используемые на промежуточном этапе для сглаживания пространственного профиля (т.е. уменьшения когерентности и неоднородностей) излучения первичной обмотки, имеют первостепенное значение. Это было сделано за счет введения заполнителя канала — оптического элемента, используемого в качестве преломляющей среды [20] :279 , который также встречается в качестве пластинки со случайной фазой в лазерных сборках ICF. Эта среда представляла собой наполнитель из пенополистирола, экструдированный или пропитанный низкомолекулярным углеводородом (возможно, газом метаном), который под воздействием рентгеновских лучей превращался в плазму с низким Z и, наряду с каналированием излучения, модулировал фронт абляции. на поверхностях с высоким Z; он «усилил» [Примечание 7] эффект распыления , который в противном случае «задушил бы» излучение от сжатия вторичной обмотки. [Примечание 8] Повторно излучаемые рентгеновские лучи из радиационного корпуса должны равномерно осаждаться на внешних стенках тампера вторичной обмотки и аблировать его снаружи, приводя капсулу с термоядерным топливом (увеличивая плотность и температуру термоядерного топлива) до необходимой точки. для поддержания термоядерной реакции. [22] : 438–454 (см. Проектирование ядерного оружия ). Эта точка находится выше порога, при котором термоядерное топливо станет непрозрачным для излучаемого им излучения, что определяется его непрозрачностью по Росселанду , а это означает, что генерируемая энергия уравновешивает энергию, потерянную в окрестностях топлива (в виде излучения и потерь частиц). В конце концов, для того, чтобы любая система водородного оружия работала, это энергетическое равновесие должно поддерживаться за счет равновесия сжатия между термоядерным тампером и свечой зажигания (см. ниже), отсюда и название « равновесие суперс» . [23] : 185
Поскольку абляционный процесс происходит на обеих стенках радиационного канала, численная оценка, выполненная с помощью ISRINEX (программа моделирования термоядерного взрыва), показала, что урановый тампер также имел толщину 2,5 см, так что к обеим сторонам прикладывалось одинаковое давление. стены хольраума . Ракетный эффект на поверхности стенки тампера, создаваемый абляцией нескольких его поверхностных слоев, заставит равную массу урана, находившуюся в остальной части тампера, устремиться внутрь, тем самым взорвав термоядерное ядро. В то же время эффект ракеты на поверхности хольраума заставил бы радиационный корпус устремиться наружу. Баллистический корпус будет ограничивать корпус взрывающегося излучения столько, сколько необходимо. Тот факт, что тамперным материалом был уран, обогащенный 235 U, основан прежде всего на фрагментах конечной реакции деления, обнаруженных в ходе радиохимического анализа, который убедительно показал наличие 237 U, обнаруженного японцами в обломках выстрела. [24] : 282 Во всех термоядерных оружиях первого поколения (МК-14, 16, 17, 21, 22 и 24) использовались тамперы из урана, обогащенного до 37,5% 235 U. [24] : 16 Исключением из этого правила был МК- 15 ZOMBIE , в котором использовалась оболочка деления с обогащением 93,5%.
Вторичная сборка была фактическим компонентом оружия SHRIMP . Это оружие, как и большинство современного термоядерного оружия того времени, носило то же кодовое название, что и второстепенный компонент. Вторичная обмотка располагалась в цилиндрическом конце устройства, где ее конец соединялся с корпусом излучения посредством своеобразного шипо-пазового соединения. Хольраум на своем цилиндрическом конце имел внутренний выступ, в который вставлялась вторичная обмотка, и обладал большей структурной прочностью, чтобы поддерживать сборку вторичной обмотки, на которую приходилась большая часть массы устройства. Визуализация этого состоит в том, что сустав выглядел как колпачок (вторичный), вставленный в конус (проекция радиационного корпуса). Любая другая крупная опорная конструкция будет препятствовать передаче излучения от первичного ко вторичному и вызывать сложное вибрационное поведение. При такой форме соединения, воспринимающего большую часть структурных нагрузок вторичной обмотки, последняя и ансамбль баллистического корпуса Хольраума вели себя как единая масса, имеющая общие собственные моды. Чтобы уменьшить чрезмерную нагрузку на сустав, особенно во время развертывания оружия, передняя часть вторичной обмотки (т.е. тепловой экран/тепловой экран) была прикреплена к радиационному корпусу с помощью набора тонких проводов, которые также выравнивали центральную линию вторичная обмотка с первичной, поскольку они уменьшают изгибающие и скручивающие нагрузки на вторичную обмотку, еще один метод, заимствованный из КОЛБАСЫ . [22] : 438–454 Вторичный узел представлял собой удлиненный усеченный конус. От передней части (без учета теплозащитного экрана) к кормовой части он имел крутое сужение. Тейперинг использовался по двум причинам. Во-первых, излучение падает пропорционально квадрату расстояния, следовательно, связь излучения в последних секциях вторичной обмотки относительно плохая. Это сделало использование большей массы тогда дефицитного термоядерного топлива в задней части вторичной сборки неэффективным, а общую конструкцию - расточительной. Это также было причиной того, что порции термоядерного топлива с меньшим обогащением были размещены далеко позади топливной капсулы. Во-вторых, поскольку первичная обмотка не может осветить всю поверхность хольраума, отчасти из-за большой осевой длины вторичной обмотки, относительно небольшие телесные углы будут эффективными для сжатия вторичной обмотки, что приведет к плохой фокусировке излучения. За счет сужения вторичной обмотки хольраум мог иметь форму цилиндра в своей кормовой части, что устраняло необходимость механической обработки радиационного корпуса до параболы на обоих концах. Это оптимизировало фокусировку излучения и позволило оптимизировать производственную линию, поскольку было дешевле, быстрее и проще изготовить корпус излучения только с одним параболическим концом. Сужение в этой конструкции было намного более крутым, чем у ее собратьев, RUNT и устройств ALARM CLOCK . КРЕВЕТКИсужение и прикрепление его к хольрауму, по-видимому, делали весь вторичный узел похожим на тело креветки . Длина вторичной обмотки определяется двумя парами темных диагностических трубок горячей точки , прикрепленных к средней и левой секциям устройства. [Примечание 9] Эти секции труб состояли из 8+Диаметром 5 ⁄ дюйма (220 мм) и длиной 40 футов (12 м) они были приварены встык к баллистическому корпусу, ведущему к верхней части кабины выстрела. Они должны были передать свет первоначальной реакции на массив из 12 зеркальных башен, построенных по дуге на искусственном острове площадью 1 акр (0,40 га), созданном для этого мероприятия. Из этих труб зеркала будут отражать ранний свет бомбы от корпуса бомбы на серию удаленных высокоскоростных камер, и так, чтобы Лос-Аламос мог определить как одновременность конструкции (т.е. временной интервал между срабатыванием первичной обмотки и воспламенением вторичной обмотки), так и скорость термоядерного горения в этих двух важнейших областях вторичного устройства. [7] : 63 : 229
Это устройство вторичной сборки содержало термоядерное топливо из дейтерида лития в контейнере из нержавеющей стали. К центру вторичной обмотки шел полый цилиндрический стержень из плутония толщиной 1,3 см , вставленный в стальной контейнер. Это была свеча зажигания , устройство деления, усиленное тритием. Он собирался на плутониевых кольцах и имел внутри полый объем диаметром около 0,5 см. Этот центральный объем был покрыт медью, которая, как и оболочка делящейся активной зоны первичной обмотки, предотвращала диффузию DT-газа в плутоний. Форсирующий заряд свечи зажигания содержал около 4 граммов трития и, взорвавшись вместе со сжатием вторичной обмотки, был рассчитан на детонацию от первых поколений нейтронов, пришедших от первичной обмотки. Время определялось геометрическими характеристиками свечи зажигания (ее несжатый кольцевой радиус), которая детонировала, когда ее критичность, или k eff , превышала 1. Ее цель заключалась в том, чтобы сжать термоядерный материал вокруг нее изнутри, оказывая одинаковое давление с тампером. . Коэффициент сжатия термоядерного топлива и его энергия адиабатического сжатия определяли минимальную энергию, необходимую свече зажигания для противодействия сжатию термоядерного топлива и импульсу тампера. Свеча зажигания весила около 18 кг, а ее первоначальный запуск дал 0,6 килотонны в тротиловом эквиваленте (2,5 ТДж). Затем он будет полностью расщеплен термоядерными нейтронами, что приведет к общему выходу около 330 килотонн в тротиловом эквиваленте (1400 ТДж). Энергия, необходимая свече зажигания для противодействия сжатию термоядерного топлива, была ниже, чем мощность первичной обмотки, поскольку соединение энергии первичной обмотки в хольрауме сопровождается потерями из-за разницы между температурой рентгеновского огненного шара и хольраума. [17] Нейтроны попали в сборку через небольшое отверстие [Примечание 10] через взрыво-тепловой экран из 238 U толщиной ≈28 см. Он был расположен перед вторичной сборкой лицом к первичной. Подобно узлу капсулы с тамперным слиянием, экран имел форму круглого усеченного конуса, небольшой диаметр которого был обращен к стороне первичной обмотки, а большой диаметр фиксировался с помощью типа паза и шипа с остальной частью вторичного узла. Ансамбль щита и тампера можно представить как круглый бифрустум . Все части тампера были одинаково скреплены вместе, чтобы обеспечить структурную поддержку и жесткость вторичного узла. Вокруг сборки термоядерное топливо-свеча зажигания находился урановый тампер с воздушным зазором шириной около 0,9 см, который должен был увеличить импульс тампера - метод левитации, использовавшийся еще во время операции «Песчаник».и описанный физиком Тедом Тейлором как удар молотком по гвоздю . Поскольку существовали также технические опасения, что тамперный материал с высоким Z будет быстро смешиваться с термоядерным топливом относительно низкой плотности, что приведет к неприемлемо большим радиационным потерям, зазор также действовал как буфер для смягчения неизбежного и нежелательного смешивания Тейлора .
Бор использовался во многих местах этой сухой системы; он имеет высокое сечение поглощения медленных нейтронов, которые делят 235 U и 239 Pu, но низкое сечение поглощения быстрых нейтронов, которые делят 238 U. Из-за этой характеристики 10 B осаждается на Поверхность вторичной ступени предотвратила бы предварительную детонацию свечи зажигания от случайных нейтронов первичной обмотки, не препятствуя последующему делению 238 U термоядерного тампера, обертывающего вторичную обмотку. Бор также сыграл роль в увеличении давления сжимающей плазмы вокруг вторичной обмотки, блокируя эффект распыления, что привело к более высокой термоядерной эффективности. Поскольку конструкционная пена, удерживающая вторичную обмотку на месте внутри корпуса, была легирована 10 B, [7] : 179 , вторичная обмотка сжималась сильнее, за счет некоторого количества излученных нейтронов. ( Устройство Castle Koon MORGENSTERN не использовало в своей конструкции 10 B; в результате интенсивный поток нейтронов от его первичной обмотки RACER IV привел к детонации сферической свечи зажигания деления, которая, в свою очередь, «приготовила» термоядерное топливо, что привело к общему плохому состоянию [7] : 317 ) Низкая молекулярная масса пластика не способна взорвать массу вторичного материала. Его плазменное давление ограничено в выпаренных секциях тампера и радиационного корпуса так, что материал ни с одной из этих двух стенок не может попасть в радиационный канал, который должен быть открыт для прохождения излучения. [11]
Устройство было установлено в «кабине выстрела» на искусственном острове, построенном на рифе у острова Наму, на атолле Бикини . На него был направлен значительный набор диагностических инструментов, в том числе высокоскоростные камеры, направленные через дугу зеркальных башен вокруг кабины выстрела.
Взрыв произошел в 06:45 1 марта 1954 года по местному времени (18:45 28 февраля по Гринвичу ). [3]
Когда «Браво» взорвался, за одну секунду он образовал огненный шар диаметром почти 4,5 мили (7,2 км). Этот огненный шар был виден на атолле Кваджалейн на расстоянии более 250 миль (400 км). В результате взрыва образовался кратер диаметром 6500 футов (2000 м) и глубиной 250 футов (76 м). Грибовидное облако достигло высоты 47 000 футов (14 000 м) и диаметра 7 миль (11 км) примерно за минуту, высоты 130 000 футов (40 км) и диаметра 62 миль (100 км) менее чем за 10 минут. минут и расширялся со скоростью более 100 метров в секунду (360 км/ч; 220 миль в час). В результате взрыва облако загрязнило более 7 000 квадратных миль (18 000 км 2 ) окружающего Тихого океана, включая некоторые близлежащие небольшие острова, такие как Ронгерик , Ронгелап и Утирик . [30]
По выделившейся энергии (обычно измеряемой в тротиловом эквиваленте ) Замок Браво был примерно в 1000 раз мощнее атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму во время Второй мировой войны . Замок Браво - шестой по величине ядерный взрыв в истории, превзойденный советскими испытаниями Царь-бомбы мощностью примерно 50 Мт, Испытанием 219 мощностью 24,2 Мт и тремя другими ( Испытание 147 , Испытание 173 и Испытание 174 ) мощностью ≈20 Мт. Советские испытания в 1962 году. на Новой Земле .
Мощность в 15 мегатонн в три раза превышала прогнозируемую конструкторами мощность в 5 Мт. [3] [22] : 541 Причиной более высокого выхода стала ошибка, допущенная разработчиками устройства в Лос-Аламосской национальной лаборатории . Они считали только изотоп лития-6 во вторичном дейтериде лития реакционноспособным; изотоп лития-7, составляющий 60% содержания лития, считался инертным. [22] : 541 Ожидалось, что изотоп лития-6 поглотит нейтрон из делящегося плутония и испустит в процессе альфа-частицу и тритий , из которых последний затем сольется с дейтерием и увеличит выход в предсказанном образом. Литий-6 действительно реагировал таким образом.
Предполагалось, что литий-7 поглотит один нейтрон, образуя литий-8, который распадается (в результате бета-распада на бериллий-8 ) на пару альфа-частиц за время около секунды, что значительно дольше, чем время ядерного распада. детонация. [31] Однако, когда литий-7 бомбардируется энергичными нейтронами с энергией более 2,47 МэВ, вместо того, чтобы просто поглощать нейтрон, он подвергается ядерному делению на альфа-частицу, ядро трития и еще один нейтрон. [31] В результате было произведено гораздо больше трития, чем ожидалось, лишний тритий слился с дейтерием и образовал дополнительный нейтрон. Дополнительный нейтрон, образующийся при термоядерном синтезе, и дополнительный нейтрон, высвобождаемый непосредственно при распаде лития-7, создавали гораздо больший поток нейтронов . В результате значительно увеличилось деление уранового тампера и увеличился выход. [31]
Подводя итог, можно сказать, что реакции с участием лития-6 приводят к некоторой комбинации двух следующих суммарных реакций:
Но когда присутствует литий-7, также происходит некоторое количество следующих двух суммарных реакций:
Это полученное дополнительное топливо (как литий-6, так и литий-7) внесло большой вклад в реакции термоядерного синтеза и производство нейтронов и, таким образом, значительно увеличило взрывную мощность устройства. В тесте использовался литий с высоким процентом лития-7 только потому, что литий-6 тогда был дефицитным и дорогим; в более позднем испытании Castle Union использовался почти чистый литий-6. Если бы было доступно достаточное количество лития-6, возможность использования обычного лития-7, возможно, не была бы обнаружена. [ нужна цитата ]
Неожиданно высокая мощность устройства серьезно повредила многие постоянные постройки на острове контрольной площадки на дальней стороне атолла. Желаемых диагностических данных о прививке было собрано мало; многие инструменты, предназначенные для передачи данных обратно, прежде чем они были уничтожены взрывом, вместо этого мгновенно испарились, в то время как большинство инструментов, которые, как ожидалось, должны были быть восстановлены для извлечения данных, были уничтожены взрывом.
Еще одним неожиданным событием, хотя и гораздо менее серьезным, было то, что рентгеновские лучи, проходящие через трубы прямой видимости (LOS), вызвали на станции 1200 небольшой второй огненный шар мощностью 1 килотонну в тротиловом эквиваленте (4,2 ТДж).
Реакции деления тампера из природного урана были довольно грязными, что привело к образованию большого количества осадков . Это, в сочетании с большей, чем ожидалось, урожайностью и сильным сдвигом ветра, привело к очень серьезным последствиям для тех, кто оказался в зоне действия осадков. В рассекреченном фильме «Операция «Замок»» командир оперативной группы генерал-майор Перси Кларксон указал на диаграмму, показывающую, что смещение ветра все еще находится в диапазоне «приемлемых осадков», хотя и незначительно.
Решение провести испытание «Браво» при преобладающих ветрах было принято доктором Элвином Грейвсом , научным руководителем операции «Касл». Грейвс имел полную власть над взрывом оружия, выше, чем у военного командующего операцией «Замок». Грейвс появляется в широко доступном фильме о более ранних испытаниях 1952 года «Айви Майк», в котором исследуются решения, принятые в последнюю минуту по поводу последствий. Рассказчик, актер вестерна Рид Хэдли , в этом фильме снят на борту корабля управления, показывая заключительную конференцию. Хэдли отмечает, что в потенциальной зоне радиоактивных осадков проживают 20 000 человек. Он спрашивает ученого из панели управления, можно ли прервать тест, и ему отвечают «да», но это разрушит все их приготовления к настройке измерительных приборов с таймером. В Майке осадки правильно приземлились к северу от жилой зоны, но во время испытаний «Браво» 1954 года наблюдался сильный сдвиг ветра , и ветер, дувший на север за день до испытания, постепенно поворачивал в сторону востока.
Радиоактивные осадки распространились на восток, на обитаемые атоллы Ронгелап и Ронгерик , которые были эвакуированы [35] через 48 часов после взрыва. [36] В 1957 году Комиссия по атомной энергии сочла возвращение Ронгелапа безопасным и разрешила 82 жителям вернуться на остров. По возвращении они обнаружили, что их прежние основные продукты питания , в том числе маранта , макмок и рыба, либо исчезли, либо вызвали у жителей различные заболевания, [37] и их снова удалили. [38] В конечном итоге 15 островов и атоллов были заражены, и к 1963 году коренные жители Маршалловых островов начали страдать от опухолей щитовидной железы, в том числе 20 из 29 детей Ронгелапа во времена Браво, и было зарегистрировано множество врожденных дефектов . [ нужна медицинская ссылка ] Островитяне получили компенсацию от правительства США в зависимости от того, сколько загрязнения они получили, начиная с 1956 года; к 1995 году Трибунал по ядерным искам сообщил, что он присудил 43,2 миллиона долларов, почти весь свой фонд, 1196 истцам по 1311 заболеваниям. [36] Медицинское исследование, получившее название «Проект 4.1» , изучало воздействие осадков на островитян. [36]
Хотя шлейф атмосферных осадков дрейфовал на восток, после того, как осадки попали в воду, они были разнесены океанскими течениями в нескольких направлениях, в том числе на северо-запад и юго-запад. [39]
Японское рыболовное судно «Дайго Фукурю Мару» («Счастливый дракон № 5») вступило в прямой контакт с радиоактивными осадками, в результате чего многие члены экипажа заболели лучевой болезнью. Один участник умер от вторичной инфекции шесть месяцев спустя после острого радиационного облучения, а у другого родился мертворожденный и деформированный ребенок. [40] Это привело к международному инциденту и вновь усилило обеспокоенность Японии по поводу радиации, особенно после того, как японские граждане снова пострадали от ядерного оружия США. [22] : 542 Официальная позиция США заключалась в том, что рост мощности атомных бомб не сопровождался соответствующим ростом радиоактивности, и они отрицали, что экипаж подвергся воздействию радиоактивных осадков. [40] С этим не согласились японские учёные, собиравшие данные с рыболовного судна.
Сэр Джозеф Ротблат , работающий в больнице Святого Варфоломея в Лондоне, продемонстрировал, что загрязнение, вызванное осадками в результате испытания, было намного больше, чем заявлено официально. Ротблат пришел к выводу, что бомба имела три ступени, и показал, что фаза деления в конце взрыва увеличивает количество радиоактивности в тысячу раз. Статья Ротблата была подхвачена средствами массовой информации, а возмущение в Японии достигло такого уровня, что дипломатические отношения обострились, а некоторые даже окрестили этот инцидент «второй Хиросимой». [41] Тем не менее, правительства Японии и США быстро достигли политического урегулирования, передав Японии 15,3 миллиона долларов в качестве компенсации, [42] при этом выжившие жертвы получили около 2 миллионов йен каждая (5550 долларов в 1954 году или около 60 500 долларов в 2024 году). ). [43] Было также решено, что жертвам не будет предоставлен статус хибакуша .
В 2016 году 45 японских рыбаков с других судов подали в суд на свое правительство за то, что оно не раскрыло записи о своем воздействии на них последствий операции «Замок». В отчетах, опубликованных в 2014 году, подтверждается, что экипажи 10 кораблей подверглись воздействию, но уровень вреда для здоровья был ниже. [44]
Непредвиденные осадки и испускаемая ими радиация также затронули многие суда и персонал, участвовавшие в испытаниях, в некоторых случаях вынудив их находиться в бункерах на несколько часов. [45] В отличие от экипажа « Счастливого Дракона № 5» , который не предвидел опасности и поэтому не укрылся в трюме своего корабля или не воздержался от вдыхания осадочной пыли, [46] огневой расчет, который спровоцировали взрыв, надежно укрывшись на своей огневой позиции, когда они заметили, что ветер переносит радиоактивные осадки в неожиданном направлении к острову Энью на атолле Бикини , где они находились, при этом пожарная команда укрылась на месте («застегнулась») на время несколько часов, пока внешняя радиация не снизится до более безопасного уровня. Над бункером было зафиксировано «25 рентген в час». [45] [47]
Танкер ВМС США USS Patapsco находился на атолле Эниветак в конце февраля 1954 года. В Patapsco не было системы дезактивационной промывки, и поэтому 27 февраля ему было приказано вернуться в Перл-Харбор на максимально возможной скорости. [48] Поломка в ее системах двигателя, а именно треснувшая гильза цилиндра, замедлила Патапско до одной трети ее полной скорости, и когда произошел взрыв Касл Браво, он все еще находился примерно в 180–195 морских милях к востоку от Бикини. [48] Патапско находился в зоне действия радиоактивных осадков, которые начали приземляться на корабль в середине дня 2 марта. К этому времени Патапско находился на расстоянии от 565 до 586 морских миль от нуля. Поначалу осадки считались безвредными, на борту не было детекторов радиации, поэтому никаких мер по дезактивации предпринято не было. Измерения, проведенные после возвращения Патапско в Перл-Харбор, показали, что диапазон воздействия составляет от 0,18 до 0,62 Р/час . [48] Оценки общего облучения всего тела варьируются от 3,3 Р до 18 Р, принимая во внимание эффекты естественного смывания дождем и различия между облучением над и под палубой. [48]
В результате радиоактивных осадков следы радиоактивного материала распространились на Австралию, Индию и Японию, и даже на Соединенные Штаты и некоторые части Европы. Хотя «Касл Браво» был организован как секретное испытание, он быстро стал международным инцидентом, что вызвало призывы к запрету атмосферных испытаний термоядерных устройств. [49]
Для мониторинга последствий операции «Замок» была создана всемирная сеть станций по производству проклеенных пленок . Хотя метеорологические данные были скудными, общая связь структуры тропосферных потоков с наблюдаемыми выпадениями осадков была очевидна. Наблюдалась тенденция сохранения осадков/мусоров в тропических широтах с вторжением в умеренные регионы , связанное с метеорологическими нарушениями преимущественно зонального потока. За пределами тропиков наибольшее количество осадков выпало на юго-западе США , примерно в пять раз больше, чем в Японии. [50]
Частицы стратосферных осадков стронция-90 в результате испытания были позже уловлены воздушными фильтрами, установленными на баллонах, которые использовались для отбора проб воздуха на стратосферных высотах; Исследование (Проект Ашкан) было проведено с целью лучше понять стратосферу и время выпадения осадков, а также получить более точные метеорологические модели после ретроспективного прогнозирования . [51]
Осадки от Касл-Браво и других испытаний на атолле также затронули островитян, ранее населявших атолл и вернувшихся туда через некоторое время после испытаний. Это произошло из-за присутствия радиоактивного цезия-137 в кокосовом молоке местного производства. Растения и деревья поглощают калий как часть нормального биологического процесса, но также легко поглощают цезий, если он присутствует, поскольку он принадлежит к той же группе в периодической таблице и, следовательно, очень похож по химическому составу. [52] У жителей островов, потребляющих загрязненное кокосовое молоко, была обнаружена аномально высокая концентрация цезия в организме, и поэтому их пришлось эвакуировать с атолла во второй раз.
Американский журнал Consumer Reports предупредил о загрязнении молока стронцием-90. [53]
Советский Союз ранее использовал дейтерид лития в своей конструкции «Слойки» (известной в США как « Джо-4 ») в 1953 году. Это не была настоящая водородная бомба; термоядерный синтез обеспечил только 15–20% его выхода, большая часть которого приходится на усиленные реакции деления. Его мощность составляла 400 килотонн, и его нельзя было масштабировать бесконечно, как в случае с настоящим термоядерным устройством.
Устройство «Айви Майк», базирующееся в Теллере-Уламе, имело гораздо большую мощность - 10,4 Мт , но большая часть этой мощности также была получена в результате деления: 77% от общего количества приходилось на быстрое деление его тампера из природного урана.
У Касл-Браво была самая большая мощность среди всех ядерных испытаний США - 15 Мт, хотя, опять же, значительная часть пришлась на ядерное деление. В конструкции Теллера-Улама стадии деления и синтеза физически разделялись в отражающей полости. Излучение взорвавшейся первичной обмотки деления довело топливо во вторичной термоядерной обмотке до критической плотности и давления, вызвав цепную термоядерную (синтезную) реакцию, которая, в свою очередь, вызвала третичное деление термоядерного тампона и корпуса бомбы 238 U. Следовательно, этот тип бомбы также известен как устройство «деление-синтез-деление». Советские исследователи под руководством Андрея Сахарова разработали и испытали свой первый прибор Теллера - Улама в 1955 году.
Публикация анализа выпадений «Браво» была деликатной с военной точки зрения проблемой, поскольку Джозеф Ротблат, возможно, сделал вывод о инсценировке устройства «Касл-Браво», изучая соотношение и присутствие контрольных изотопов, а именно урана-237 , присутствующих в выпадении. [54] Эта информация потенциально может раскрыть средства, с помощью которых ядерные устройства мегатонной мощности достигают своей мощности. [55] Советский учёный Андрей Сахаров в течение месяца после испытания «Касл Браво» придумал то, что в Советском Союзе называли «третьей идеей Сахарова » . Рентгеновские снимки до начала слияния.
Конструкция устройства «Креветка» позже превратилась в ядерную бомбу Mark 21 , всего было выпущено 275 единиц, весом 17 600 фунтов (8 000 кг), длиной 12,5 футов (3,8 м) и диаметром 58 дюймов (1,5 м). Эта 18-мегатонная бомба производилась до июля 1956 года. [56] В 1957 году она была переоборудована в ядерную бомбу Mark 36 и снова запущена в производство.
По оценкам Министерства энергетики США , после испытания от радиоактивных осадков пострадали 253 жителя Маршалловых Островов . [57] В ходе этого единственного испытания окружающее население подверглось воздействию различных уровней радиации. Уровни радиоактивных осадков, приписываемые испытаниям в замке Браво, являются самыми высокими в истории. [58] [ проверка не удалась ] Население, соседствующее с испытательным полигоном, подверглось воздействию высоких уровней радиации, что привело к легкой лучевой болезни у многих (тошнота, рвота, диарея). Несколько недель спустя у многих людей началась алопеция (выпадение волос), а также поражения кожи. [59]
Воздействие осадков связано с увеличением вероятности возникновения некоторых видов рака, таких как лейкемия и рак щитовидной железы . [60] [61] Связь между уровнем йода-131 и раком щитовидной железы все еще исследуется. Существует также корреляция между уровнями воздействия радиоактивных осадков и такими заболеваниями, как заболевания щитовидной железы, такие как гипотиреоз . Население Маршалловых Островов, подвергшееся значительному воздействию радионуклидов, имеет гораздо больший риск развития рака. [61]
Женское население Маршалловых Островов имеет в шестьдесят раз более высокий уровень смертности от рака шейки матки , чем сопоставимое население материковой части Соединенных Штатов. [62] [ нужен лучший источник ] Население островов также имеет в пять раз большую вероятность смертности от молочной железы или желудочно-кишечного тракта, а смертность от рака легких в три раза выше, чем у населения материка. [62] [ нужен лучший источник ] Уровень смертности мужского населения на Маршалловых островах от рака легких в четыре раза выше, чем общий уровень смертности в Соединенных Штатах, а уровень смертности от рака полости рта в десять раз выше. [62] [ нужен лучший источник ]
Предполагается связь между уровнем радиации и функционированием женской репродуктивной системы. [63]
Взрыв «Замка Браво» и последующее отравление экипажа на борту «Дайго Фукурю Мару» привели к росту антиядерных протестов в Японии. Его сравнивали с бомбардировками Хиросимы и Нагасаки , а испытание «Замок Браво» часто было частью сюжетов многочисленных японских СМИ, особенно в отношении самого широко известного символа японских СМИ — Годзиллы . [64] В фильме 2019 года «Годзилла: Король монстров » Замок Браво становится позывным аванпоста Монарха 54, расположенного в Атлантическом океане, недалеко от Бермудских островов . [ нужна цитата ]
В песне Дональда Фейгена «Memorabilia» из его альбома Sunken Condos 2012 года упоминаются ядерные испытания Castle Bravo и Ivy King . [65]
В 2013 году Агентство по уменьшению угроз Министерства обороны опубликовало книгу «Замок Браво: пятьдесят лет легенд и преданий» . [34] Отчет представляет собой руководство по радиационному воздействию за пределами объекта, повествовательную историю и руководство по основным историческим источникам, касающимся испытания в замке Браво. [34] В докладе основное внимание уделяется обстоятельствам, которые привели к радиоактивному облучению необитаемых атоллов, и не делается попытка подробно рассмотреть последствия на атолле Бикини или вокруг него. [34]
Японское правительство и народ окрестили ее «второй Хиросимой», и это едва не привело к разрыву дипломатических отношений.
11 ° 41'50 "N 165 ° 16'19" E / 11,69722 ° N 165,27194 ° E / 11,69722; 165,27194
.jpg/1280px-Castle_Bravo_nuclear_test_(cropped).jpg){kind=spacer}
.jpg/1280px-HD.10.290_(10540757794).jpg)
