1954 жылғы "Castle" операциясы: Бикини атоллындағы ядролық сынақтар сериясы

Кіріспе

1950 жылдардағы АҚШ ядролық сынақ сериясы. "Касл" операциясы – 1954 жылдың наурызында Бикини атоллінде 7-ші бірлескен жұмыс тобы (JTF 7) жүргізген АҚШ-тың жоғары қуатты (жоғары энергиялы) ядролық сынақтар сериясы. Бұл операция "Upshot–Knothole" операциясынан кейін және "Teapot" операциясынан бұрын жүзеге асырылды. Атом энергиясы комиссиясы (AEC) және Қорғаныс министрлігі (DoD) арасындағы бірлескен жоба ретінде өткен операцияның басты мақсаты – ұшақтан тасымалданатын термоядролық қарудың конструкцияларын сынау болды. Сыналған құрылғылардың барлығы, салмағы бойынша, ұшақтан тастауға арналған. Дегенмен, оларға баллистикалық қабықшалар, қанаттар және қозғалтқыш жүйелері қосылуы тиіс еді. Үкіметтік шенеуніктер "Касл" операциясын сәтті деп санайтын, себебі ол термоядролық қарулар үшін "құрғақ" отын конструкцияларын пайдалану мүмкіндігін дәлелдеді. Кейбір сынақтарда техникалық қиындықтар туындады: бір құрылғы күтілгеннен әлдеқайда төмен қуаттылық көрсетті ("сөніп қалды"), ал тағы екі бомба күтілген қуаттылықтан екі еседен астам қуатпен жарылды. Атап айтқанда, "Castle Bravo" сынағы кең ауқымды радиологиялық ластануға әкеп соқты. Бұл ластану жақын маңдағы аралдарға, оның ішінде тұрғындарға және ондағы АҚШ әскерлеріне, сондай-ақ жақын жердегі жапон балық аулау кемесіне ("Дайго Фукурю Мару") әсер етті. Нәтижесінде бір адам қаза тауып, көптеген адамдар денсаулықтарымен байланысты мәселелерге тап болды. Сынақтарға қоғамның реакциясы және ядролық жауын-шашынның ұзақ мерзімді әсерлері туралы хабардар болу 1963 жылғы жартылай сынақтарды тыйым салу шартына ықпал етті.

Өмірбаян

Бикини атоллы 1946 жылы «Крестонос жолы» операциясы аясында ядролық сынақтар өткізді, онда Бикини лагунасында әлемнің төртінші және бесінші атомдық қарулары жарылды. Содан бері американдық ядролық қару сынақтары көбінесе үлкен аралдар мен терең суларға ие болғандықтан Эневетак атоллына көшті. Екі атолл да Американың Тынық мұхитындағы сынақ алаңдарының құрамына кірді. Castle қаруларының өте жоғары қуаты АЭК-тің Эневетакта құрылған шектеулі инфрақұрылымға келтірілуі мүмкін зақымдар келесі операцияларды кешіктіруі мүмкін деген алаңдаушылыққа түрткі берді. Сонымен қатар, Castle қаруларынан пайда болған кратерлердің 1952 жылы Эневетакта сынақтан өткен 10,4 мегатонналық TNT (Мт) құрылғысы – Ivy Mike-пен салыстырылатыны күтілді, ол Elugelab сынақ аралының жойылған жерін көрсететін диаметрі шамамен 1 миль (2 км) болатын кратер қалдырды. Ivy Mike сынағы әлемдегі алғашқы «сутекті бомба» болды, ол толыққанды термоядролық немесе синтездік жарылыс жасады. Ivy Mike құрылғысы сутегінің изотопы – сұйық дейтерийді пайдаланды, осылайша ол «ылғал» бомбаға айналды. Сұйық дейтерийді криогендік температурада сақтау үшін қажетті күрделі девар механизмдері құрылғыны үш қабатқа дейін биік және жалпы салмағы 82 тоннаға жеткізді, бұл оны қару ретінде пайдалануға тым ауыр және көлемді етті. Ivy Mike-тың Теллер-Улам бомбасының тұжырымдамасын дәлелдеуімен бірге, «құрғақ» отынды қолдану арқылы практикалық синтездік қару жасау бойынша зерттеулер басталды, соның арқасында АҚШ термоядролық қаруларды көптеп өндіріп, орналастыра бастауға мүмкіндік алды. Соңғы нәтиже Теллер-Улам дизайнында синтездік отын ретінде литий деутериді қосу арқылы өлшем мен салмақты едәуір азайтып, жалпы дизайнды жеңілдетті. Operation Castle төрт құрғақ отын дизайнын, екі ылғал бомбаны және бір кішкентай құрылғыны сынау үшін жоспарланған. Operation Castle-ға рұқсатты 1954 жылдың 21 қаңтарында АЭК бас директоры, генерал-майор Кеннет Д. Николс JTF 7-ге берді.

Тәжірибелер

Операция Castle жеті экспериментке бөлінді, олардың барлығы, біреуінен басқа, Бикини атолында өткізілуі жоспарланған. Төменде бастапқы сынақ кестесі (1954 жылдың ақпаны) келтірілген. + Операция Castle кестесі Эксперимент Құрылғысы Прототипі Отын Күні Болжамдық өнімділік Өндіруші Тестілеу орны Браво Шримп TX 21 40% Li 6 D (құрғақ) 1 наурыз, 1954 6.0 Мт Лос-Аламос ғылыми зертханасы Нам аралының рифі, Бикини Одақтың дабыл сағаты EC 14 95% Li 6 D (құрғақ) 11 наурыз, 1954 3.0–4.0 Мт Лос-Аламос ғылыми зертханасы Ирож аралынан баржа, Бикини Янки Джугхед / Рунт II TX / EC 16 / TX / EC 24 Cryo D 2 (ылғал) / 40% Li 6 D (құрғақ) 22 наурыз, 1954 8.0 Мт Лос-Аламос ғылыми зертханасы Ирож аралынан баржа, Бикини Эхо Рамрод TX 22 Cryo D 2 (ылғал) 29 наурыз, 1954 65–275 кт Калифорния университетінің радиациялық зертханасы (Ливермор) Эневетак, Эбериру Нектар Зомби TX 15 Құрғақ 5 сәуір, 1954 1.8 Мт Лос-Аламос ғылыми зертханасы MIKE кратеріндегі баржа, Эневетак Ромео Рунт TX/EC 17A 7.5% Li 6 деутериді (табиғи) 15 сәуір, 1954 4.0 Мт Лос-Аламос ғылыми зертханасы Ирож аралынан баржа, Бикини Кун Моргенштерн TX 22 7.6% Li 6 деутериді (табиғи) 22 сәуір, 1954 1.0 Мт Калифорния университетінің радиациялық зертханасы (Ливермор) Энеман, Бикини

Эхо тесті сұйық отынды жобаның ескіргеніне байланысты жойылды, бұл Бравоның құрғақ отынмен сәтті сынақтан өткеніне байланысты болды. Янки де ескірген деп есептелді, ал Джугхед құрылғысы "Рунт II" құрылғысымен (Одақ құрылғысына ұқсас) ауыстырылды, ол Лос-Аламоста асығыс аяқталып, Бикиниге жеткізілді. Осы түзетумен екі ылғалды отын құрылғысы да сынақ кестесінен алынып тасталды. Операция Castle литий деутеридін (LiD) термоядролық синтез отыны ретінде сынауға бағытталған. Бөлме температурасында қатты күйде болатын LiD, егер жұмыс істесе, Айви Майк құрылғысындағы криогенді сұйық дейтерий отынынан әлдеқайда ыңғайлы болар еді. Теллер-Улам принципі Айви Майк құрылғысындағы "Шошқа" сияқты қолданылған, бірақ синтез реакциялары басқаша болды. Айви Майк дейтерийді дейтериймен біріктірді, ал LiD құрылғылары дейтерийді тритиймен біріктіретін болды. Тритий литийдің жылдам нейтрондармен сәулеленуі арқылы жарылыс кезінде пайда болды. Bravo, Yankee (II) және Union литий-6 изотопымен байытылған литийді қолданды (Bravo және Yankee 40% Li 6 байытылған литийді қолданды, ал Union-да қолданылған литий 95% Li 6 байытылған), ал Romeo және Koon табиғи литиймен (92% Li 7, 7.5% Li 6) жабдықталды. Табиғи литийді пайдалану АҚШ-тың ядролық қару-жарақты тез кеңейту қабілеті үшін маңызды болды, өйткені "Қорытқыш даму зауыттары" деп аталатын зауыттар Касл операциясы жүргізілген кезде бастапқы сатыда болды. Бірінші зауыт 1953 жылдың соңында өндіріске кірісті. Бұл ретте сұйық дейтерий қаруын жасау жұмысы да қатар жүргізілді. Олар логистикалық проблемаларға байланысты әлдеқайда аз практикалық болғанымен (криогенді құрылғыны тасымалдау, ұстау және сақтаумен байланысты), суық соғыс қару-жарақ жарысы өмірге қабілетті термоядролық қаруға деген сұранысты күшейтті. "Рамрод" және "Джугхед" құрылғылары сұйық отынды жобалар болды, олардың мөлшері мен салмағы "Шошқа" деп аталатын алдыңғы құрылғыдан едәуір азайтылды. "Джугхед" құрылғысы ақырында қаруланды және "құрғақ" отынды Г-бомбалар кең таралғанға дейін АҚШ Әуе күштері оны шектеулі түрде қолданды. Нектар Касл сериясының қалған бөлігі сияқты синтезделетін қару емес еді. Ол бөлінуді күшейту үшін литий отынын қолданғанмен, екінші сатыдағы негізгі реакциялық материал уран мен плутоний болды. Теллер-Улам конфигурациясына ұқсас, ядролық бөліну жарылысы екінші бөлінуге болатын массаны қысу үшін жоғары температура мен қысымды жасау үшін пайдаланылды. Бұл реакция әдеттегі жарылғыш заттармен іске қосылса, тиімді реакцияны ұстап тұру үшін тым үлкен болар еді. Бұл тәжірибе қорды кеңейту үшін орташа өнімділіктегі қаруды әзірлеуге арналған (шамамен 1–2 Мт-қа қарсы 4–8 Мт). Көптеген термоядролық қарулар өздерінің көп бөлігін немесе тіпті барлық өнімділігін бөлінуден алады. Уранның U-238 изотопы тізбекті реакцияны ұстап тұра алмаса да, ол термоядролық жарылыстың қарқынды жылдам нейтрон ағынымен сәулеленгенде де бөлінеді. U-238 көп болғандықтан және критикалық массасы болмағандықтан, оны (теория бойынша) термоядролық бомбаның айналасына шексіз мөлшерде қорытқыш ретінде қосуға болады, бұл термоядролық реакцияны ұстауға көмектеседі және өзінің бөліну энергиясын қосады. Мысалы, U-238 қорытқышының жылдам бөлінуі 10.4 Мт-лық Айви Майк жарылысының өнімділігіне 77% (8.0 мегатонна) үлес қосты.

The Echo test was canceled due to the liquid fuel design becoming obsolete with the success of dry fueled Bravo as noted above. Yankee was similarly considered obsolete, and the Jughead device was replaced with a "Runt II" device (similar to the Union device), which was hastily completed at Los Alamos and flown to Bikini. With this revision, both of the wet fuel devices were removed from the test schedule. Operation Castle was intended to test lithium deuteride (LiD) as a thermonuclear fusion fuel. A solid at room temperature, LiD, if it worked, would be far more practical than the cryogenic liquid deuterium fuel in the Ivy Mike device. The same Teller Ulam principle would be used as in the Ivy Mike so called "Sausage" device, but the fusion reactions were different. Ivy Mike fused deuterium with deuterium, but the LiD devices would fuse deuterium with tritium. The tritium was produced during the explosion by irradiating the lithium with fast neutrons. Bravo, Yankee (II), and Union used lithium enriched in the Li 6 isotope (Bravo and Yankee used lithium enriched to 40% Li 6, while the lithium used in Union was enriched to 95% Li 6), while Romeo and Koon were fueled with natural lithium (92% Li 7, 7.5% Li 6). The use of natural lithium would be important to the ability of the US to rapidly expand its nuclear stockpile during the Cold War nuclear arms race since the so called "Alloy Development Plants" were in an early stage at the time Castle was carried out. The first plant started production in late 1953. As a hedge, the development of liquid deuterium weapons continued in parallel. Even though they were much less practical because of the logistical problems dealing with the transport, handling, and storage of a cryogenic device, the Cold War arms race drove the demand for a viable fusion weapon. The "Ramrod" and "Jughead" devices were liquid fuel designs greatly reduced in size and weight from their so called "Sausage" predecessor. The "Jughead" device was eventually weaponized, and it saw limited fielding by the U. S. Air Force until the "dry" fuel H bombs became common. Nectar was not a fusion weapon in the same sense as the rest of the Castle series. Even though it used lithium fuel for fission boosting, the principal reaction material in the second stage was uranium and plutonium. Similar to the Teller Ulam configuration, a nuclear fission explosion was used to create high temperatures and pressures to compress a second fissionable mass. This would have otherwise been too large to sustain an efficient reaction if it were triggered with conventional explosives. This experiment was intended to develop intermediate yield weapons for expanding the inventory (around 1 2 Mt vs. 4 8). Many fusion or thermonuclear weapons generate much, or even most, of their yields from fission. Although the U 238 isotope of uranium will not sustain a chain reaction, it still fissions when irradiated by the intense fast neutron flux of a fusion explosion. Because U 238 is plentiful and has no critical mass, it can be added in (in theory) almost unlimited quantities as a tamper around a fusion bomb, helping contain the fusion reaction and contributing its own fission energy. For example, the fast fission of the U 238 tamper contributed 77% (8.0 megatons) to the yield of the 10.4 Mt Ivy Mike explosion.