Castle Bravo был первым в серии испытаний конструкции термоядерного оружия большой мощности , проведенных Соединенными Штатами на атолле Бикини , Маршалловы острова , в рамках операции Castle . Взорванное 1 марта 1954 года, устройство остается самым мощным ядерным устройством, когда-либо взорванным Соединенными Штатами, и первым термоядерным оружием на дейтериде лития , испытанным с использованием конструкции Теллера-Улама . [1] [2] Мощность Castle Bravo составила 15 мегатонн тротила [Мт] (63 ПДж ), что в 2,5 раза больше прогнозируемых 6 Мт (25 ПДж) из-за непредвиденных дополнительных реакций с участием лития-7 , [3] что привело к радиоактивному загрязнению окружающей местности. [4]
Осадки , самые тяжелые из которых были в виде измельченных в порошок поверхностных кораллов от взрыва, выпали на жителей атоллов Ронгелап и Утирик , в то время как более твердые и газообразные осадки распространились по всему миру. Жители островов были эвакуированы всего через три дня и страдали от лучевой болезни . Двадцать три члена экипажа японского рыболовного судна Daigo Fukuryū Maru («Счастливый дракон № 5») также были заражены тяжелыми осадками, испытав острый лучевой синдром , включая смерть спустя шесть месяцев Кубоямы Айкичи, главного радиста судна. Взрыв вызвал сильную международную реакцию из-за атмосферных термоядерных испытаний. [5]
Кратер Браво расположен в точке с координатами 11°41′50″N 165°16′19″E / 11.69722°N 165.27194°E / 11.69722; 165.27194 . Остатки дамбы замка Браво находятся в точке с координатами 11°42′6″N 165°17′7″E / 11.70167°N 165.28528°E / 11.70167; 165.28528 .
Устройство Castle Bravo было размещено в цилиндре весом 23 500 фунтов (10 700 кг), длиной 179,5 дюймов (456 см) и диаметром 53,9 дюйма (137 см). [3]
Первичным устройством была атомная бомба COBRA с дейтерием-тритием, созданная в Лос-Аламосской научной лаборатории , очень компактное устройство MK 7. Это усиленное устройство деления было испытано в событии Upshot-Knothole Climax и дало 61 килотонну тротила [кт] (260 ТДж) (из ожидаемого диапазона мощности 50–70 кт). Оно было признано достаточно успешным, чтобы можно было отменить запланированную серию операций Domino , разработанную для изучения того же вопроса о подходящем первичном заряде для термоядерных бомб. [8] : 197 Система имплозии была довольно легкой — 900 фунтов (410 кг), поскольку она устранила алюминиевую оболочку толкателя вокруг тампера [Примечание 1] и использовала более компактные кольцевые линзы, [Примечание 2] конструктивная особенность, общая с конструкциями Mark 5, 12, 13 и 18. Взрывчатое вещество внутренних зарядов в MK 7 было заменено на более мощный Cyclotol 75/25 вместо Composition B , который использовался в большинстве запасов бомб в то время, поскольку Cyclotol 75/25 был плотнее Composition B и, таким образом, мог генерировать такое же количество взрывной силы в меньшем объеме (он обеспечивал на 13 процентов больше энергии сжатия, чем Comp B). [9] : 86 : 91 Композитное уран-плутониевое ядро COBRA левитировало в шахте типа D. COBRA была последним продуктом Лос-Аламоса в ходе конструкторских работ по «новым принципам» полого ядра. [8] : 196 Медная облицовка шахты, заключенная во внутреннюю капсулу из оружейного плутония, предотвращала диффузию газа DT в плутоний, метод, впервые опробованный в Greenhouse Item . [8] : 258 Собранный модуль весил 1840 фунтов (830 кг), имел размеры 30,5 дюймов (770 мм) в поперечнике. Он был расположен на конце устройства, которое, как видно из рассекреченного фильма, показывает небольшой конус, выступающий из баллистического корпуса. Этот конус является частью параболоида, который использовался для фокусировки излучения, исходящего из первичной обмотки во вторичную. [10]
Устройство называлось SHRIMP и имело ту же базовую конфигурацию (радиационная имплозия), что и мокрое устройство Ivy Mike , за исключением другого типа термоядерного топлива. SHRIMP использовал дейтерид лития (LiD), который находится в твердом состоянии при комнатной температуре; Ivy Mike использовал криогенный жидкий дейтерий (D2 ) , который требовал сложного охлаждающего оборудования. Castle Bravo был первым испытанием Соединенными Штатами практически доставляемой термоядерной бомбы , хотя TX-21, испытанная в качестве доказательства в событии Bravo, не была вооружена. Успешное испытание сделало устаревшей криогенную конструкцию, используемую Ivy Mike , и ее вооруженную производную JUGHEAD , которая должна была быть испытана как первоначальная Castle Yankee . Она также использовала алюминиевый баллистический корпус 7075 толщиной 3,7 дюйма (9,5 см) . Алюминий использовался для значительного снижения веса бомбы и одновременно обеспечивал достаточное время удержания радиации для повышения мощности, что отличалось от тяжелого корпуса из нержавеющей стали (304L или MIM 316L), использовавшегося в других оружейных проектах того времени. [8] : 54 : 237 [11]
SHRIMP был , по крайней мере, в теории и во многих критических аспектах идентичен по геометрии устройствам RUNT и RUNT II, позже испытанным в Castle Romeo и Castle Yankee соответственно. На бумаге это была уменьшенная версия этих устройств, и ее происхождение можно проследить до 1953 года. Военно-воздушные силы США указали на важность более легкого термоядерного оружия для доставки B-47 Stratojet и B-58 Hustler . Национальная лаборатория Лос-Аламоса отреагировала на это указание последующей обогащенной версией RUNT, уменьшенной до масштаба 3/4 системы радиационной имплозии, 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)) предоставит ВВС гораздо более универсальную доставляемую гравитационную бомбу . [8] : 237 В последней версии, испытанной в Castle, в качестве термоядерного топлива использовался частично обогащенный литий . Природный литий представляет собой смесь изотопов лития-6 и лития-7 (с 7,5% первого). Обогащенный литий, используемый в Bravo, номинально состоял из 40% лития-6 (остальное составлял гораздо более распространенный литий-7, который ошибочно считался инертным). Топливные слитки различались по обогащению от 37 до 40% по 6 Li, а слитки с более низким обогащением располагались в конце камеры термоядерного топлива, вдали от первичной. Более низкие уровни обогащения лития в топливных стержнях, по сравнению с ALARM CLOCK и многими более поздними образцами водородного оружия, были обусловлены нехваткой обогащенного лития в то время, поскольку первый из заводов по разработке сплавов (ADP) начал производство в конце 1953 года. [12] : 208 Объем использованного топлива LiD составлял приблизительно 60% от объема заполнения термоядерным топливом, используемым в устройствах wet SAUSAGE и dry RUNT I и II , или около 500 литров (110 имп галлонов; 130 галлонов США), [Примечание 3] что соответствует примерно 400 кг дейтерида лития (поскольку плотность LiD составляет 0,78201 г/см 3 ). [13] : 281 Стоимость смеси составляла около 4,54 долларов США./г в то время. Эффективность термоядерного горения была близка к 25,1%, наивысшая достигнутая эффективность первого поколения термоядерного оружия. Эта эффективность вполне соответствует цифрам, приведенным в заявлении от ноября 1956 года, когда чиновник Министерства обороны США раскрыл, что были испытаны термоядерные устройства с эффективностью от 15% до примерно 40%. [8] : 39 Сообщается, что Ганс Бете независимо заявил, что первое поколение термоядерного оружия имело (эффективность термоядерного оружия) от всего лишь 15% до примерно 25%.
Термоядерное горение будет производить (подобно топливу деления в первичной обмотке) пульсации (поколения) высокоэнергетических нейтронов со средней температурой 14 МэВ через цикл Джеттера.
Цикл Джеттера представляет собой комбинацию реакций с участием лития , дейтерия и трития . Он потребляет литий-6 и дейтерий, а в двух реакциях (с энергиями 17,6 МэВ и 4,8 МэВ, опосредованных нейтроном и тритием) производит две альфа-частицы . [14]
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 выстрелами, необходимыми для обеспечения термоядерной « аварийной возможности », их термоядерное топливо могло быть сдобрено дополнительным тритием в форме 6 LiT. [12] : 236 Все высокоэнергетические 14 МэВ нейтроны вызовут деление в тампере термоядерного синтеза, обернутом вокруг вторичной обмотки и плутониевого стержня свечи зажигания. Ожидалось, что соотношение атомов дейтерия (и трития), сжигаемых нейтронами с энергией 14 МэВ, порожденными горением, будет варьироваться от 5:1 до 3:1, стандартизация, полученная от Майка , [12] в то время как для этих оценок в ISRINEX преимущественно использовалось соотношение 3:1. Нейтронность реакций термоядерного синтеза, используемых тампером термоядерного синтеза, значительно увеличит выход устройства.
К цилиндрическому баллистическому корпусу был прикреплен вкладыш из природного урана, радиационный корпус, толщиной около 2,5 см. Его внутренняя поверхность была облицована медью толщиной около 240 мкм и изготовлена из медной фольги толщиной 0,08 мкм для увеличения общего альбедо хольраума . [ 15] [16] [ 0,08 мкм?? - необходима проверка ] Медь обладает превосходными 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 является очень важным параметром конструкции для любой конфигурации инерционного удержания. Относительно высокое альбедо обеспечивает более высокую межкаскадную связь из-за более благоприятных 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 свободного пробега урана, был бы неоправданно тяжелым и дорогим. В то же время угловая анизотропия увеличивается по мере уменьшения атомного номера материала рассеивателя. Поэтому для облицовки хольраума требуется использование меди (или, как в других устройствах, золота или алюминия ), поскольку вероятность поглощения увеличивается со значением Z eff рассеивателя. В хольрауме есть два источника рентгеновских лучей: излучение первичной обмотки, которое доминирует в начале и во время нарастания импульса; и стенка, которая важна во время требуемого плато температуры излучения ( T r ). Первичная обмотка испускает излучение подобно лампе-вспышке , а вторичная обмотка требует постоянного T r для надлежащего схлопывания. [17] Эта постоянная температура стенки диктуется 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 первичной активной зоны , которая достигала пика около 5,4 кэВ во время усиленного деления. [20] : 1–11 [18] : 9 Конечная температура стенки, которая соответствует энергии рентгеновских лучей, переизлученных стенкой, толкателю вторичной обмотки также падает из-за потерь от самого материала хольраума. [15] [Примечание 5] Природный уранГвозди, выложенные доверху медью, прикрепляли корпус радиации к баллистическому корпусу. Гвозди были прикручены вертикальными рядами в конфигурации двойного сдвига для лучшего распределения сдвигающих нагрузок. Этот метод крепления корпуса радиации к баллистическому корпусу был впервые успешно использован в устройстве Айви Майк . Корпус радиации имел параболический конец, в котором размещался первичный элемент COBRA , который использовался для создания условий, необходимых для начала реакции синтеза, а его другой конец был цилиндром , как также видно в рассекреченном фильме Браво.
Пространство между тампером уранового синтеза [ Примечание 6] и корпусом образовало радиационный канал для проведения рентгеновских лучей от первичной сборки к вторичной; промежуточная ступень. Это один из самых тщательно охраняемых секретов многоступенчатого термоядерного оружия. Имплозия вторичной сборки осуществляется косвенно, и методы, используемые в промежуточной ступени для сглаживания пространственного профиля (т. е. уменьшения когерентности и неоднородностей) облучения первичной, имеют первостепенное значение. Это было сделано с введением наполнителя канала — оптического элемента, используемого в качестве преломляющей среды, [21] : 279 также встречающегося как пластина случайной фазы в лазерных сборках ICF. Эта среда представляла собой наполнитель из пенополистирола, экструдированный или пропитанный низкомолекулярным углеводородом (возможно, метановым газом), который превращался в плазму с низким Z из рентгеновских лучей, и вместе с канальным излучением он модулировал фронт абляции на поверхностях с высоким Z; он «забил» [Примечание 7] эффект распыления , который в противном случае «задушил» бы излучение от сжатия вторичной обмотки. [Примечание 8] Переизлученные рентгеновские лучи из корпуса радиации должны быть равномерно нанесены на внешние стенки тампера вторичной обмотки и испарять его наружу, перемещая термоядерную топливную капсулу (увеличивая плотность и температуру термоядерного топлива) до точки, необходимой для поддержания термоядерной реакции. [23] : 438–454 (см. Конструкция ядерного оружия ). Эта точка находится выше порога, при котором термоядерное топливо станет непрозрачным для испускаемого им излучения, как определено по его непрозрачности Росселанда , что означает, что вырабатываемая энергия уравновешивает энергию, потерянную в непосредственной близости от топлива (в виде излучения, потерь частиц). В конце концов, для работы любой системы водородного оружия это энергетическое равновесие должно поддерживаться посредством равновесия сжатия между тампером термоядерного топлива и свечой зажигания (см. ниже), отсюда и их название « равновесные суперсистемы» . [24] : 185
Поскольку абляционный процесс происходит на обеих стенках радиационного канала, численная оценка, сделанная с помощью ISRINEX (программа моделирования термоядерного взрыва), предполагала, что урановый тампер также имел толщину 2,5 см, так что одинаковое давление будет применяться к обеим стенкам хольраума . Ракетный эффект на поверхности стенки тампера, созданный абляцией его нескольких поверхностных слоев, заставит равную массу урана, которая покоилась в оставшейся части тампера, ускориться внутрь, тем самым взорвав термоядерное ядро. В то же время ракетный эффект на поверхности хольраума заставит радиационный корпус ускориться наружу. Баллистический корпус ограничит взрывающийся радиационный корпус столько времени, сколько необходимо. Тот факт, что материал тампера был ураном, обогащенным 235 U, в первую очередь основан на конечных фрагментах реакции деления, обнаруженных в радиохимическом анализе, который окончательно показал наличие 237 U, обнаруженного японцами в обломках выстрела. [25] : 282 Во всех термоядерных боеприпасах первого поколения (MK-14, 16, 17, 21, 22 и 24) использовались урановые тамперы, обогащенные до 37,5% 235U . [25] : 16 Исключением из этого правила был MK-15 ZOMBIE , в котором использовалась оболочка деления, обогащенная до 93,5%.
Вторичная сборка была фактическим компонентом SHRIMP оружия. Оружие, как и большинство современных термоядерных орудий того времени, носило то же кодовое название, что и вторичный компонент. Вторичная сборка располагалась в цилиндрическом конце устройства, где ее конец был закреплен на корпусе радиации с помощью соединения типа врезного и шипового . Хольраум на своем цилиндрическом конце имел внутренний выступ, в который вставлялась вторичная сборка, и имел лучшую структурную прочность для поддержки сборки вторичной сборки, которая имела большую часть массы устройства. Визуализацией этого является то, что соединение выглядело очень похоже на колпачок (вторичная сборка), установленный в конусе (выступ корпуса радиации). Любая другая крупная поддерживающая конструкция будет мешать передаче излучения от первичной к вторичной и сложному колебательному поведению. При такой форме соединения, несущей большую часть структурных нагрузок вторичной сборки, последняя и ансамбль хольраум-баллистический корпус вели себя как единая масса, разделяющая общие собственные моды. Чтобы уменьшить чрезмерную нагрузку на соединение, особенно во время развертывания оружия, передняя часть вторичной обмотки (т. е. тепловой экран/тепловой щит) была прикреплена к корпусу радиации набором тонких проводов, которые также выравнивали центральную линию вторичной обмотки с первичной, поскольку они уменьшали изгибающие и крутильные нагрузки на вторичную обмотку, еще один метод, заимствованный из SAUSAGE . [ 23] : 438–454 Вторичная сборка представляла собой удлиненный усеченный конус. От передней части (исключая тепловой экран) до кормовой части она круто сужалась. Сужение использовалось по двум причинам. Во-первых, излучение падает пропорционально квадрату расстояния, поэтому радиационная связь относительно плохая в самых задних секциях вторичной обмотки. Это сделало использование большей массы дефицитного тогда термоядерного топлива в задней части вторичной сборки неэффективным, а общую конструкцию расточительной. Это также было причиной того, что менее обогащенные куски термоядерного топлива были размещены далеко за топливной капсулой. Во-вторых, поскольку первичный элемент не мог осветить всю поверхность хольраума, отчасти из-за большой осевой длины вторичного элемента, относительно малые телесные углы были бы эффективны для сжатия вторичного элемента, что приводило бы к плохой фокусировке излучения. За счет сужения вторичного элемента хольраум мог бы быть сформирован в виде цилиндра в его задней части, что устраняло бы необходимость обработки корпуса излучения 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 круче, чем у его собратьев, устройств RUNT и ALARM CLOCK . SHRIMP'sсужение и его крепление к хольрауму, по-видимому, сделали всю вторичную сборку похожей на тело креветки . Длина вторичной сборки определяется двумя парами темных диагностических трубок горячих точек , прикрепленных к средней и левой секциям устройства. [Примечание 9] Эти секции труб были 8+5 ⁄ 8 дюймов (220 мм) в диаметре и 40 футов (12 м) в длину и были приварены встык к баллистическому корпусу, ведущему к верхней части кабины выстрела. Они должны были переносить свет начальной реакции к массиву из 12 зеркальных башен, построенных по дуге на искусственном острове выстрела площадью 1 акр (0,40 га), созданном для этого события. Из этих труб зеркала должны были отражать ранний свет бомбы от корпуса бомбы на ряд удаленных высокоскоростных камер, и таким образом Лос-Аламос мог определить как одновременность конструкции (т. е. временной интервал между срабатыванием первичной и вторичной), так и скорость термоядерного горения в этих двух важнейших областях вторичного устройства. [8] : 63 : 229
Это вторичное сборочное устройство содержало термоядерное топливо на основе дейтерида лития в канистре из нержавеющей стали. Вниз к центру вторичной обмотки шел полый цилиндрический стержень из плутония толщиной 1,3 см , вложенный в стальную канистру. Это была свеча зажигания , устройство деления с тритием. Она была собрана из плутониевых колец и имела полый объем внутри диаметром около 0,5 см. Этот центральный объем был облицован медью, которая, как и облицовка в делящемся ядре первичной обмотки, предотвращала диффузию газа DT в плутоний. Усиливающий заряд свечи зажигания содержал около 4 граммов трития и, сжимаясь вместе со сжатием вторичной обмотки, был рассчитан на детонацию первыми поколениями нейтронов, прибывших из первичной обмотки. Время определялось геометрическими характеристиками свечи зажигания (ее несжатым кольцевым радиусом), которая детонировала, когда ее критичность, или k eff , превышала 1. Ее целью было сжать термоядерный материал вокруг нее изнутри, в равной степени прикладывая давление с тампером. Коэффициент сжатия термоядерного топлива и его адиабатическая энергия сжатия определяли минимальную энергию, необходимую для того, чтобы свеча зажигания противодействовала сжатию термоядерного топлива и импульсу тампера. Свеча зажигания весила около 18 кг, и ее первоначальное срабатывание давало 0,6 килотонн тротила (2,5 ТДж). Затем она полностью расщеплялась нейтронами термоядерного синтеза, внося около 330 килотонн тротила (1400 ТДж) в общий выход. Энергия, необходимая свече зажигания для противодействия сжатию термоядерного топлива, была ниже, чем выход первичной, поскольку соединение энергии первичной в хольрауме сопровождается потерями из-за разницы между температурой рентгеновского огненного шара и хольраума. [18] Нейтроны вошли в сборку через небольшое отверстие [Примечание 10] через 238 U взрыво-тепловой экран толщиной ≈28 см. Он был расположен перед вторичной сборкой, обращенной к первичной. Подобно сборке тампера-капсулы термоядерного синтеза, экран имел форму круглого усеченного конуса, причем его малый диаметр был обращен к стороне первичной, а его большой диаметр был зафиксирован типом врезного и шипового соединения с остальной частью вторичной сборки. Ансамбль щита-тампера можно визуализировать как круговой бифрустум . Все части тампера были аналогичным образом зафиксированы вместе, чтобы обеспечить структурную поддержку и жесткость вторичной сборки. Вокруг узла термоядерного топлива и свечи зажигания находился урановый тампер с зазором шириной около 0,9 см, который должен был увеличить импульс тампера, метод левитации, использовавшийся еще в начале операции «Песчаник».и описанный физиком Тедом Тейлором как удар молотком по гвоздю . Поскольку также существовали технические опасения, что материал тампера с высоким Z будет быстро смешиваться с относительно низкоплотным термоядерным топливом, что приведет к неприемлемо большим потерям радиации, зазор также действовал как буфер для смягчения неизбежного и нежелательного смешивания Тейлора .
Бор использовался во многих местах этой сухой системы; он имеет высокое поперечное сечение поглощения медленных нейтронов, которые делят 235 U и 239 Pu, но низкое поперечное сечение поглощения быстрых нейтронов, которые делят 238 U. Из-за этой характеристики 10 B, осажденный на поверхности вторичной ступени, предотвратит предварительную детонацию свечи зажигания блуждающими нейтронами от первичной, не мешая последующему делению 238 U тампера синтеза, охватывающего вторичную. Бор также сыграл роль в увеличении давления сжимающей плазмы вокруг вторичной, блокируя эффект распыления, что привело к более высокой термоядерной эффективности. Поскольку структурная пена, удерживающая вторичную на месте внутри корпуса, была легирована 10 B, [8] : 179 вторичная ступень была сжата сильнее, за счет некоторых излучаемых нейтронов. ( Устройство Castle Koon MORGENSTERN не использовало 10 B в своей конструкции; в результате интенсивный поток нейтронов от его первичной обмотки RACER IV предварительно детонировал сферическую свечу зажигания деления, которая, в свою очередь, «сварила» термоядерное топливо, что привело к общему плохому сжатию. [8] : 317 ) Низкий молекулярный вес пластика не способен взорвать массу вторичной обмотки. Его плазменное давление ограничено выкипевшими секциями тампера и радиационного корпуса, так что материал ни из одной из этих двух стенок не может попасть в радиационный канал, который должен быть открыт для прохождения излучения. [12]
Устройство было установлено в «кабине для съемки» на искусственном острове, построенном на рифе у острова Наму в атолле Бикини . На нем был установлен значительный массив диагностических приборов, включая высокоскоростные камеры, направленные через дугу зеркальных башен вокруг кабины для съемки.
Детонация произошла в 06:45 1 марта 1954 года по местному времени (18:45 28 февраля по Гринвичу ). [3]
Когда «Браво» был взорван, в течение одной секунды 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). Взрыв оставил 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 мили (100 км) менее чем за 10 минут и расширялось со скоростью более 160 метров в секунду (580 км/ч; 360 миль в час). В результате взрыва облако загрязнило более 7000 квадратных миль (18 000 км2 ) окружающего Тихого океана, включая некоторые из окружающих небольших островов, таких как Ронгерик , Ронгелап и Утирик . [31]
С точки зрения выделившейся энергии (обычно измеряемой в тротиловом эквиваленте ), Castle Bravo был примерно в 1000 раз мощнее атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму во время Второй мировой войны . Castle Bravo является шестым по величине ядерным взрывом в истории, превзойденным советскими испытаниями Царь-бомбы примерно в 50 Мт, Испытанием 219 в 24,2 Мт и тремя другими ( Испытанием 147 , Испытанием 173 и Испытанием 174 ) ≈20 Мт Советские испытания в 1962 году на Новой Земле .
Выход 15 (± 5) Мт [32] был в три раза больше, чем 5 Мт, предсказанные его разработчиками. [3] [23] : 541 Причиной более высокого выхода была ошибка, допущенная разработчиками устройства в Лос-Аламосской национальной лаборатории . Они посчитали, что только изотоп лития-6 во вторичном дейтериде лития является реактивным; изотоп лития-7, составляющий 60% содержания лития, предполагалось инертным. [23] : 541 Ожидалось, что изотоп лития-6 поглотит нейтрон из делящегося плутония и испустит в этом процессе альфа-частицу и тритий , из которых последний затем сольется с дейтерием и увеличит выход предсказанным образом. Литий-6 действительно отреагировал таким образом.
Предполагалось, что литий-7 поглотит один нейтрон, производя литий-8, который распадается (через бета-распад в бериллий-8 ) на пару альфа-частиц в масштабе времени около секунды, что значительно больше, чем масштаб времени ядерного взрыва. [33] 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. [33] В результате было произведено гораздо больше трития, чем ожидалось, дополнительный тритий слился с дейтерием и произвел дополнительный нейтрон. Дополнительный нейтрон, произведенный в результате синтеза, и дополнительный нейтрон, выпущенный непосредственно распадом лития-7, произвели гораздо больший поток нейтронов . Результатом было значительное увеличение деления уранового тампера и увеличение выхода. [33]
Подводя итог, можно сказать, что реакции с участием лития-6 приводят к некоторой комбинации двух следующих чистых реакций:
Однако в присутствии лития-7 также наблюдаются некоторые количества следующих двух чистых реакций:
Это полученное дополнительное топливо (как литий-6, так и литий-7) внесло большой вклад в реакции синтеза и производство нейтронов и таким образом значительно увеличило взрывную мощность устройства. В тесте использовался литий с высоким процентным содержанием лития-7 только потому, что литий-6 был тогда редким и дорогим; в более позднем тесте Castle Union использовался почти чистый литий-6. Если бы было достаточно лития-6, то возможность использования обычного лития-7 могла бы и не быть обнаружена. [ необходима цитата ]
Неожиданно высокая мощность устройства серьезно повредила многие постоянные здания на острове контрольного пункта на дальней стороне атолла. Было собрано мало желаемых диагностических данных о выстреле; многие приборы, предназначенные для передачи своих данных обратно до того, как их уничтожил взрыв, вместо этого мгновенно испарились, в то время как большинство приборов, которые, как ожидалось, можно было восстановить для извлечения данных, были уничтожены взрывом.
В другом неожиданном событии, хотя и гораздо менее значимом, рентгеновские лучи, проходящие по трубам прямой видимости (LOS), вызвали небольшой второй огненный шар на станции 1200 мощностью 1 килотонну тротила (4,2 ТДж).
Реакции деления природного урана были довольно грязными, что привело к большому количеству осадков . Это, в сочетании с большей, чем ожидалось, мощностью и значительным ветровым сдвигом, привело к очень серьезным последствиям для тех, кто оказался в зоне действия осадков. В рассекреченном фильме Operation Castle командующий оперативной группой генерал-майор Перси Кларксон указал на диаграмму, показывающую, что ветровой сдвиг все еще находился в диапазоне «приемлемых осадков», хотя и едва-едва.
Решение провести испытание Bravo при преобладающих ветрах было принято доктором Элвином С. Грейвсом , научным руководителем операции Castle. Грейвс имел полную власть над детонацией оружия, выше, чем у военного командующего операцией Castle. Грейвс появляется в широкодоступном фильме о более раннем испытании 1952 года «Ivy Mike», в котором рассматриваются решения о выпадении осадков в последнюю минуту. Рассказчик, вестерн-актер Рид Хэдли , снят на борту корабля управления в этом фильме, показывая финальную конференцию. Хэдли указывает, что в потенциальной зоне выпадения осадков проживает 20 000 человек. Он спрашивает ученого на панели управления, можно ли прервать испытание, и получает ответ «да», но это разрушит все их приготовления по настройке хронометрированных измерительных приборов. В Майке радиоактивные осадки выпали к северу от населенной местности, но во время испытания «Браво» в 1954 году наблюдался сильный сдвиг ветра , и ветер, дувший на север за день до испытания, постепенно изменил направление на восточное.
Радиоактивные осадки распространились на восток на обитаемые атоллы Ронгелап и Ронгерик , которые были эвакуированы [37] через 48 часов после взрыва. [38] В 1957 году Комиссия по атомной энергии сочла Ронгелап безопасным для возвращения и разрешила 82 жителям переехать обратно на остров. По возвращении они обнаружили, что их предыдущие основные продукты питания , включая маранту , макмок и рыбу, либо исчезли, либо вызывали у жителей различные болезни, [39] и их снова вывезли. [40] В конечном итоге, 15 островов и атоллов были загрязнены, и к 1963 году коренные жители Маршалловых островов начали страдать от опухолей щитовидной железы, в том числе 20 из 29 детей Ронгелапа во время операции «Браво», и было зарегистрировано множество врожденных дефектов . [ необходима медицинская ссылка ] Островитяне получили компенсацию от правительства США в зависимости от того, насколько сильно они были загрязнены, 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 за 1311 заболеваний. [38] Медицинское исследование, названное Проектом 4.1 , изучало воздействие радиоактивных осадков на островитян. [38]
Хотя атмосферный шлейф радиоактивных осадков дрейфовал на восток, после того как радиоактивные осадки попали в воду, они были перенесены в нескольких направлениях океанскими течениями, включая северо-западное и юго-западное. [41]
Японское рыболовное судно Daigo Fukuryū Maru (Счастливый дракон № 5) напрямую контактировало с радиоактивными осадками, из-за чего многие члены экипажа заболели лучевой болезнью. Один из членов экипажа умер от вторичной инфекции через шесть месяцев после острого воздействия радиации, а у другого родился мертворожденный и деформированный ребенок. [42] Это привело к международному инциденту и вновь вызвало беспокойство Японии по поводу радиации, особенно после того, как граждане Японии снова подверглись неблагоприятному воздействию ядерного оружия США. [23] : 542 Официальная позиция США заключалась в том, что рост мощности атомных бомб не сопровождался эквивалентным ростом высвобождаемой радиоактивности, и они отрицали, что экипаж пострадал от радиоактивных осадков. [42] Японские ученые, собравшие данные с рыболовного судна, с этим не согласились.
Сэр Джозеф Ротблат , работавший в больнице Святого Варфоломея в Лондоне, продемонстрировал, что загрязнение, вызванное радиоактивными осадками после испытания, было намного больше, чем официально заявлено. Ротблат пришел к выводу, что бомба имела три стадии, и показал, что фаза деления в конце взрыва увеличила количество радиоактивности в тысячу раз. Статья Ротблата была подхвачена средствами массовой информации, и возмущение в Японии достигло такого уровня, что дипломатические отношения стали напряженными, и некоторые даже окрестили инцидент «второй Хиросимой». [43] Тем не менее, правительства Японии и США быстро достигли политического урегулирования, передав Японии 15,3 миллиона долларов в качестве компенсации, [44] а выжившие жертвы получили около 2 миллионов йен каждая (5550 долларов в 1954 году или около 63 000 долларов в 2024 году). [45] Было также решено, что жертвам не будет предоставлен статус хибакуся .
В 2016 году 45 японских рыбаков с других судов подали в суд на свое правительство за нераскрытие записей об их воздействии радиоактивных осадков операции Castle. Записи, опубликованные в 2014 году, подтверждают, что экипажи 10 судов подверглись воздействию, но в пределах, не наносящих вреда здоровью. [46] В 2018 году иск был отклонен окружным судом Коти, который признал воздействие радиации на рыбаков, но не смог «сделать вывод о том, что государство постоянно отказывалось от предоставления поддержки и проведения медицинских обследований, чтобы скрыть воздействие радиации». [47]
Непредвиденные радиоактивные осадки и радиация, испускаемая ими, также повлияли на многие суда и персонал, участвовавшие в испытании, в некоторых случаях заставив их на несколько часов укрыться в бункерах. [48] В отличие от экипажа Lucky Dragon No. 5 , который не ожидал опасности и поэтому не укрылся в трюме своего корабля или не стал вдыхать пыль от радиоактивных осадков, [49] команда по стрельбе, которая вызвала взрыв, надежно укрылась на своей огневой станции, когда заметила, что ветер несет радиоактивные осадки в неожиданном направлении к острову Энью на атолле Бикини , где они находились, при этом команда по стрельбе укрылась на месте («застегнулась») на несколько часов, пока внешняя радиация не снизилась до более безопасного уровня. «25 рентген в час» было зафиксировано над бункером. [48] [50]
Танкер ВМС США USS Patapsco находился на атолле Эниветок в конце февраля 1954 года. У Patapsco не было системы промывки для дезактивации, поэтому 27 февраля ему было приказано вернуться в Перл-Харбор на максимально возможной скорости. [51] Из-за поломки в системах двигателя, а именно из-за треснувшей гильзы цилиндра, Patapsco замедлилась до одной трети от полной скорости, и когда произошел взрыв Castle Bravo, он все еще находился примерно в 180–195 морских милях к востоку от Бикини. [51] Patapsco находился в зоне действия ядерных осадков, которые начали падать на судно в середине дня 2 марта. К этому времени Patapsco находился в 565–586 морских милях от эпицентра. Сначала считалось, что радиоактивные осадки безвредны, и на борту не было детекторов радиации, поэтому никаких мер по дезактивации не принималось. Измерения, проведенные после возвращения Патапско в Перл-Харбор, показали диапазон воздействия от 0,18 до 0,62 Р/ч . [51] Оценки общего воздействия варьируются от 3,3 Р до 18 Р радиации на все тело, принимая во внимание эффекты естественного вымывания дождем и различия между воздействием над и под палубой. [51]
Выпадение осадков распространило следы радиоактивного материала вплоть до Австралии, Индии и Японии, и даже Соединенных Штатов и частей Европы. Хотя испытание Castle Bravo было организовано как секретное, оно быстро стало международным инцидентом, вызвав призывы к запрету испытаний термоядерных устройств в атмосфере. [52]
Всемирная сеть станций с гуммированной пленкой была создана для мониторинга выпадений после операции Castle. Хотя метеорологические данные были скудными, общая связь тропосферных потоков с наблюдаемыми выпадениями была очевидна. Была тенденция к тому, что выпадения/обломки оставались в тропических широтах , с вторжениями в умеренные регионы , связанными с метеорологическими нарушениями преимущественно зонального потока. За пределами тропиков юго -запад Соединенных Штатов получил наибольшее общее количество выпадений, примерно в пять раз больше, чем в Японии. [53]
Стратосферные частицы стронция-90, выпавшие в результате испытания, позднее были собраны с помощью воздушных фильтров, установленных на воздушных шарах и используемых для взятия проб воздуха на стратосферных высотах; исследование (проект Ashcan) было проведено с целью лучшего понимания стратосферы и времени выпадения осадков, а также получения более точных метеорологических моделей после ретроспективного анализа . [54]
Выпадение осадков из Castle Bravo и других испытаний на атолле также повлияло на островитян, которые ранее населяли атолл и вернулись туда через некоторое время после испытаний. Это было связано с наличием радиоактивного цезия-137 в кокосовом молоке местного производства. Растения и деревья поглощают калий в рамках нормального биологического процесса, но также легко поглощают цезий, если он присутствует, будучи из той же группы в периодической таблице , и, следовательно, очень похожими химически. [55] У островитян, потреблявших загрязненное кокосовое молоко, были обнаружены аномально высокие концентрации цезия в организме, поэтому их пришлось эвакуировать с атолла во второй раз.
Американский журнал Consumer Reports предупреждал о загрязнении молока стронцием-90. [56]
Ранее Советский Союз использовал дейтериевый литий в своей конструкции Sloika (известной как « Joe-4 » в США) в 1953 году. Это была не настоящая водородная бомба; синтез обеспечивал лишь 15–20% ее мощности, большая часть приходилась на усиленные реакции деления . Ее мощность составляла 400 килотонн, и ее нельзя было масштабировать бесконечно, как в случае с настоящим термоядерным устройством.
Устройство «Айви Майк», созданное Теллером-Уламом, имело гораздо большую мощность — 10,4 Мт , но большая ее часть также была получена за счет деления: 77% от общего объема было получено за счет быстрого деления его тампера из природного урана.
Castle Bravo имел самую большую мощность среди всех ядерных испытаний США, 15 Мт, хотя, опять же, значительная часть пришлась на деление. В конструкции Теллера-Улама стадии деления и синтеза были физически разделены в отражающей полости. Излучение от взрывающейся первичной стадии деления довело топливо во вторичной стадии синтеза до критической плотности и давления, вызвав термоядерные (синтезные) цепные реакции, которые, в свою очередь, вызвали третичное деление тампера и оболочки термоядерного синтеза бомбы 238 U. Следовательно, этот тип бомбы также известен как устройство «деление-синтез-деление». Советские исследователи под руководством Андрея Сахарова разработали и испытали свое первое устройство Теллера-Улама в 1955 году.
Публикация анализа выпадений Bravo была военным вопросом, и Джозеф Ротблат , возможно, сделал вывод о промежуточной природе устройства Castle Bravo, изучив соотношение и присутствие контрольных изотопов, а именно урана-237 , присутствующих в выпадениях. [57] Эта информация потенциально могла бы раскрыть способы, с помощью которых ядерные устройства мегатонной мощности достигают своей мощности. [58] Советский ученый Андрей Сахаров натолкнулся на то, что Советский Союз считал « третьей идеей Сахарова » в течение месяца после испытания Castle Bravo, последней частью головоломки была идея о том, что сжатие вторичной обмотки может быть достигнуто рентгеновскими лучами первичной обмотки до начала термоядерного синтеза.
Конструкция устройства Shrimp позже эволюционировала в ядерную бомбу Mark 21 , которых было произведено 275 единиц, весом 17 600 фунтов (8 000 кг) и размерами 12,5 футов (3,8 м) в длину и 58 дюймов (1,5 м) в диаметре. Эта 18-мегатонная бомба производилась до июля 1956 года. [59] В 1957 году она была преобразована в ядерную бомбу Mark 36 и снова запущена в производство.
После испытания Министерство энергетики США подсчитало, что 253 жителя Маршалловых островов пострадали от радиоактивных осадков. [60] Этот единственный тест подверг окружающее население различным уровням радиации. Уровни выпадений, приписываемые испытанию Castle Bravo, являются самыми высокими в истории. [61] [ неудачная проверка ] Население, соседствующее с испытательным полигоном, подверглось воздействию высоких уровней радиации, что привело к легкой лучевой болезни у многих (тошнота, рвота, диарея). Неожиданная сила взрыва в сочетании с меняющимися ветровыми режимами отправила часть радиоактивных осадков на обитаемые атоллы Ронгелап и Утрик . В течение 52 часов 86 человек на Ронгелапе и 167 на Утрике были эвакуированы в Кваджалейн для оказания медицинской помощи. [62] Несколько недель спустя многие люди начали страдать от алопеции (выпадения волос) и поражений кожи. [63]
Воздействие радиоактивных осадков было связано с увеличением вероятности возникновения нескольких видов рака, таких как лейкемия и рак щитовидной железы . [64] [65] Связь между уровнями йода-131 и раком щитовидной железы все еще изучается. Существуют также корреляции между уровнями воздействия радиоактивных осадков и такими заболеваниями, как гипотиреоз . Население Маршалловых Островов, которое подверглось значительному воздействию радионуклидов, имеет гораздо больший риск развития рака. [65]
Предполагается, что существует связь между уровнем радиации и функционированием женской репродуктивной системы. [66]
Взрыв Castle Bravo и последующее отравление экипажа на борту Daigo Fukuryū Maru привели к росту антиядерных протестов в Японии. Его сравнивали с бомбардировками Хиросимы и Нагасаки , а испытание Castle Bravo часто было частью сюжетов многочисленных японских СМИ, особенно в отношении наиболее широко признанной медиаиконы Японии, Годзиллы . [67] В фильме 2019 года «Годзилла: Король монстров » Castle Bravo становится позывным для Monarch Outpost 54, расположенного в Атлантическом океане, недалеко от Бермудских островов . [ требуется цитата ]
В песне Дональда Фейгена «Memorabilia» из его альбома 2012 года Sunken Condos упоминаются как ядерные испытания Castle Bravo, так и Ivy King . [68]
В 2013 году Агентство по уменьшению угрозы обороны опубликовало книгу Castle Bravo: Fifty Years of Legend and Lore . [36] Отчет представляет собой руководство по воздействию радиации за пределами объекта, повествовательную историю и руководство по основным историческим ссылкам, касающимся испытания Castle Bravo. [36] Отчет фокусируется на обстоятельствах, которые привели к радиоактивному облучению необитаемых атоллов, и не пытается подробно рассмотреть последствия на атолле Бикини или вокруг него. [36]
правительство и народ окрестили это «второй Хиросимой», и это едва не привело к разрыву дипломатических отношений.
.jpg/1280px-Castle_Bravo_nuclear_test_(cropped).jpg){kind=spacer}
.jpg/1280px-HD.10.290_(10540757794).jpg)
