Операция «Касл»: Ядерные испытания на Бикини 1954 года

Введение

Серия ядерных испытаний США в 1950-х годах. Операция «Касл» была серией ядерных испытаний высокой мощности (высокой энергии), проводимых Объединенной целевой группой 7 (JTF 7) на атолле Бикини, начиная с марта 1954 года. Она последовала за операцией «Упшот-Кнотхол» и предшествовала операции «Типот». Операция проводилась как совместное предприятие Комиссии по атомной энергии (AEC) и Министерства обороны (DoD), и ее конечной целью было испытание конструкций термоядерного оружия, доставляемого самолетом. Все испытанные устройства, весом от 300 до 500 тонн, были предназначены для сброса с самолетов. Однако для них требовалось прикрепление баллистических корпусов, стабилизаторов и систем подрыва. Операция «Касл» была признана правительством успешной, поскольку доказала возможность создания развертываемых термоядерных устройств с использованием «сухого» топлива. В ходе некоторых испытаний возникли технические трудности: одно устройство имело значительно меньшую мощность, чем прогнозировалось («провал»), в то время как две другие бомбы взорвались с мощностью более чем вдвое превышающей расчетную. Особенно серьезные последствия имело испытание «Касл Браво», которое привело к обширному радиоактивному загрязнению. Радиоактивные осадки затронули близлежащие острова, включая местное население и американских солдат, дислоцированных там, а также близлежащее японское рыболовное судно «Дайго Фукурю Мару», что привело к одной смерти и продолжительным проблемам со здоровьем у многих пострадавших. Общественная реакция на испытания и осознание долгосрочных последствий ядерных осадков рассматриваются как один из факторов, побудивших к заключению Договора о частичном запрещении ядерных испытаний 1963 года.

Предыстория

Атолл Бикини ранее использовался для ядерных испытаний в 1946 году в рамках операции «Перекресток», когда в лагуне Бикини были взорваны четвертое и пятое в мире атомные устройства. После этого американские ядерные испытания были перенесены на атолл Эневетак, чтобы воспользоваться преимуществами, в основном, более крупных островов и большей глубины воды. Оба атолла входили в состав американских полигонов для испытаний в Тихом океане. Чрезвычайно высокая мощность устройств серии Castle вызвала обеспокоенность в Комиссии по атомной энергии (AEC) тем, что потенциальный ущерб ограниченной инфраструктуре, уже созданной на Эневетак, может задержать другие операции. Кроме того, ожидалось, что воронки от взрывов устройств Castle будут сопоставимы с воронкой, образованной в результате испытания Ivy Mike – устройства мощностью 10,4 мегатонны в тротиловом эквиваленте (Mt), испытанного на Эневетак в 1952 году, оставившего кратер диаметром около 2 км, отмечающий местоположение уничтоженного испытательного острова Элюгелаб. Испытание Ivy Mike стало первым в мире испытанием «водородной бомбы», произведшего полномасштабный термоядерный взрыв. В устройстве Ivy Mike использовался жидкий дейтерий, изотоп водорода, что делало его «мокрым» устройством. Сложные криогенные системы, необходимые для хранения жидкого дейтерия при криогенных температурах, сделали устройство трехэтажным и весом 82 тонны, что было слишком тяжело и громоздко для использования в качестве боевого оружия. После успеха Ivy Mike, подтвердившего концепцию бомбы Теллера-Улама, начались исследования по использованию «сухого» топлива для создания практичного термоядерного оружия, чтобы Соединенные Штаты могли начать серийное производство и развертывание термоядерного оружия. В конечном итоге в конструкцию Теллера-Улама в качестве термоядерного топлива был включен дейтерид лития, что значительно уменьшило размеры и вес и упростило общую конструкцию. Операция Castle была запланирована для испытания четырех конструкций с использованием «сухого» топлива, двух «мокрых» устройств и одного малогабаритного устройства. Разрешение на проведение операции Castle было выдано JTF 7 генерал-майором Кеннетом Д. Николсом, генеральным директором AEC, 21 января 1954 года.

Эксперименты

Операция «Замок» была организована в семь экспериментов, все, кроме одного, должны были пройти на атолле Бикини. Ниже приведено исходное расписание испытаний (по состоянию на февраль 1954 года). + Расписание операции «Замок» Эксперимент Устройство Прототип Топливо Дата Прогнозируемая мощность Производитель Место испытания Браво Shrimp TX 21 40% Li 6 D (сухое) 1 марта 1954 г. 6,0 Мт Лос-Аламосская научная лаборатория Риф у острова Нам, Бикини Юнион Alarm Clock EC 14 95% Li 6 D (сухое) 11 марта 1954 г. 3,0–4,0 Мт Лос-Аламосская научная лаборатория Баржа у острова Ироэй, Бикини Янки Jughead / Runt II TX/EC 16 / TX/EC 24 Cryo D 2 (жидкое) / 40% Li 6 D (сухое) 22 марта 1954 г. 8,0 Мт Лос-Аламосская научная лаборатория Баржа у острова Ироэй, Бикини Эхо Ramrod TX 22 Cryo D 2 (жидкое) 29 марта 1954 г. 65–275 кт Калифорнийская радиационная лаборатория (Ливермор) Эбериру, Эниветак Нектар Zombie TX 15 Сухое 5 апреля 1954 г. 1,8 Мт Лос-Аламосская научная лаборатория Баржа в кратере MIKE, Эниветак Ромео Runt TX/EC 17A 7,5% Li 6 деутерид (природный) 15 апреля 1954 г. 4,0 Мт Лос-Аламосская научная лаборатория Баржа у острова Ироэй, Бикини Кун Morgenstern TX 22 7,6% Li 6 деутерид (природный) 22 апреля 1954 г. 1,0 Мт Калифорнийская радиационная лаборатория (Ливермор) Энеман, Бикини

Испытание «Эхо» было отменено из-за устаревания конструкции с жидким топливом после успешного испытания «Браво» с сухим топливом, как отмечено выше. «Янки» также считался устаревшим, и устройство «Jughead» было заменено устройством «Runt II» (похожим на устройство «Юнион»), которое был в спешке завершено в Лос-Аламосе и доставлено на Бикини. С этой поправкой оба устройства с жидким топливом были исключены из графика испытаний. Операция «Замок» была направлена на испытание деутерида лития (LiD) в качестве термоядерного топлива. LiD, твердый при комнатной температуре, в случае успеха был бы намного более практичным, чем криогенное жидкое дейтериевое топливо в устройстве «Айви Майк». Тот же принцип Теллера-Улама, что и в устройстве «Айви Майк», так называемом «Сосиске», будет использоваться, но реакции синтеза были бы другими. «Айви Майк» синтезировал дейтерий с дейтерием, а устройства LiD синтезировали дейтерий с тритием. Тритий производился во время взрыва путем облучения лития быстрыми нейтронами. «Браво», «Янки (II)» и «Юнион» использовали литий, обогащенный изотопом Li 6 («Браво» и «Янки» использовали литий, обогащенный до 40% Li 6, а литий, использованный в «Юнионе», был обогащен до 95% Li 6), в то время как «Ромео» и «Кун» использовали природный литий (92% Li 7, 7,5% Li 6). Использование природного лития было бы важно для способности США быстро расширять свои ядерные запасы во время гонки ядерных вооружений в период холодной войны, поскольку так называемые «заводы по разработке сплавов» находились на ранней стадии на момент проведения операции «Замок». Первый завод начал производство в конце 1953 года. В качестве страховки параллельно продолжалась разработка оружия на жидком дейтерии. Несмотря на то, что они были гораздо менее практичными из-за логистических проблем, связанных с транспортировкой, обработкой и хранением криогенного устройства, гонка вооружений в период холодной войны стимулировала спрос на работоспособное термоядерное оружие. Устройства «Ramrod» и «Jughead» были конструкциями с жидким топливом, значительно уменьшенными по размеру и весу по сравнению с их предшественником «Сосиска». Устройство «Jughead» в конечном итоге было доработано и ограниченно использовалось ВВС США до тех пор, пока водородные бомбы с «сухим» топливом не стали обычным явлением. «Нектар» не был оружием синтеза в том же смысле, что и остальные устройства серии «Замок». Несмотря на то, что для ускорения деления использовалось литиевое топливо, основным реакционным материалом на втором этапе были уран и плутоний. Подобно конфигурации Теллера-Улама, ядерный взрыв деления использовался для создания высоких температур и давлений для сжатия второй делящейся массы. Это было бы слишком большим, чтобы поддерживать эффективную реакцию, если бы она была инициирована обычными взрывчатыми веществами. Этот эксперимент был предназначен для разработки оружия промежуточной мощности для расширения арсенала (около 1,2 Мт против 4–8 Мт). Многие термоядерные и термоядерные боеголовки генерируют большую часть или даже основную часть своей мощности от деления. Хотя изотоп урана U 238 не поддерживает цепную реакцию, он все равно делится при облучении интенсивным потоком быстрых нейтронов в результате взрыва термоядерного синтеза. Поскольку U 238 в изобилии и не имеет критической массы, его можно добавлять (теоретически) почти в неограниченном количестве в качестве тампера вокруг термоядерной бомбы, помогая сдерживать реакцию синтеза и внося свой вклад в энергию деления. Например, быстрое деление U 238 в тампере внесло 77% (8,0 мегатонн) в мощность взрыва «Айви Майк» мощностью 10,4 Мт.

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.