Bugün öğrendim ki: TIL-1954 ABD, Bikini Atolü'nde 15 megatonluk bir hidrojen bombası olan Castle Bravo'yu patlatır; bu bomba yanlışlıkla ABD tarafından şimdiye kadar patlatılan en güçlü nükleer cihaz haline gelir. (1 Mart)
Pasifik Okyanusu'ndaki Konum
BilgiÜlkeAmerika Birleşik DevletleriTest serisiOperasyon CastleTest alanıBikini AtoluKoordinatlarTarih1 Mart 1954; 71 yıl önce (1954-03-01)Test tipiAtmosferikVerim15 megaton TNT (63 PJ)Test kronolojisi
Castle Bravo, Marshall Adaları'ndaki Bikini Atolu'nda, Operasyon Castle kapsamında Amerika Birleşik Devletleri tarafından gerçekleştirilen yüksek verimli termonükleer silah tasarımı testlerinin ilkiydi. 1 Mart 1954'te patlatılan cihaz, Amerika Birleşik Devletleri tarafından şimdiye kadar patlatılan en güçlü nükleer cihaz ve Teller-Ulam tasarımını kullanan ilk lityum deuterid yakıtlı termonükleer silahtır.[1][2] Castle Bravo'nun verimi 15 megaton TNT [Mt] (63 PJ), beklenenin 2,5 katı olan 6 Mt (25 PJ) idi. Bu beklenmedik yüksek verim, lityum-7'nin dahil olduğu beklenmedik ek reaksiyonlardan kaynaklandı ve çevrede radyoaktif kirlenmeye yol açtı.[3][4]
Radyoaktif nükleer çökelti, patlamadan kaynaklanan öğütülmüş mercan kalıntılarının en ağırlıklılarından oluşarak Rongelap ve Utirik adalarında yaşayanlara düştü; daha parçacık halindeki ve gaz halindeki çökeltiler ise dünya çapında yayıldı. Adalardaki sakinler üç gün sonra tahliye edildi ve radyasyon hastalığına yakalandı. Japon balıkçılık gemisi Daigo Fukuryū Maru ("Lucky Dragon No. 5") mürettebatının 23 üyesi de ağır çökeltilerden kirlendi ve akut radyasyon sendromu yaşadı, bunlardan tekne kaptanı radyocu Kuboyama Aikichi altı ay sonra öldü. Patlama, atmosferik termonükleer testler konusunda güçlü bir uluslararası tepkiye neden oldu.[5]
Bravo Krateri konumundadır. Castle Bravo bağlantısının kalıntıları ise konumundadır.
Bomba tasarımı
[düzenle]
Birincil sistem
[düzenle]
Castle Bravo cihazı, 23.500 pound (10.700 kg) ağırlığında, 179.5 inç (456 cm) uzunluğunda ve 53.9 inç (137 cm) çapında bir silindir içinde yer alıyordu.[3]
Birincil cihaz, Los Alamos Bilimsel Laboratuvarı tarafından üretilen, çok kompakt bir MK 7 cihazı olan COBRA deuterium-tritium gazla güçlendirilmiş atom bombasıydı. Bu güçlendirilmiş fisyon cihazı Upshot-Knothole Zirvesi olayında test edilmiş ve beklenen 50-70 kt TNT [kt] (260 TJ) verim aralığından 61 kt TNT verimi elde etmişti. Başarı yeterli bulunduğundan, aynı soruyu termonükleer bombalar için uygun birincil hakkında araştıran Domino operasyon serisi iptal edilebildi.[8]: 197 Patlatıcı sistem, alüminyum sönme kabuğu ortadan kaldırıldığı ve daha kompakt halka lensleri kullanıldığı için 900 libre (410 kg) oldukça hafifti.[Not 1][Not 2] Bu tasarım özelliği, Mark 5, 12, 13 ve 18 tasarımları ile paylaşıldı. MK 7'deki iç şarjların patlayıcı malzemesi, o zamanki stoklanmış bombalarda kullanılan Bileşim B yerine daha güçlü Siklotol 75/25 olarak değiştirildi. Siklotol 75/25, Bileşim B'den daha yoğundu ve böylece aynı miktarda patlayıcı gücü daha küçük bir hacimde üretebiliyordu (Comp B'den %13 daha fazla sıkıştırma enerjisi sağladı).[9]: 86 : 91 Bileşik uranyum-plutonyum COBRA çekirdeği, D tipi bir çukura asılıyordu. COBRA, boş çekirdek üzerindeki "yeni prensipler" hakkındaki Los Alamos'un en son ürünüydü.[8]: 196 Silah kalitesindeki plütonyum iç kapsülünün içindeki bakır bir çukur astarı, DT gazının plütonyuma yayılmasını, ilk olarak Greenhouse Item'da test edilen bir teknik sayesinde engelledi.[8]: 258 Montajlı modül 1.840 libre (830 kg) ağırlığında ve 30.5 inç (770 mm) genişliğindeydi. Cihazın ucunda, sır dışı bırakılmış filmde görüldüğü gibi, balistik kasedan uzanan küçük bir koni yer alıyordu. Bu koni, radyasyonu birincilden ikincil kaynağa odaklamak için kullanılan paraboloidin bir parçasıydı.[10]
Deuterium ve lityum
[düzenle]
Cihaz SHRIMP olarak adlandırıldı ve Ivy Mike ıslak cihazı ile aynı temel yapılandırmaya (radyasyon sıkıştırması) sahipti, ancak farklı bir füzyon yakıtı türüne sahipti. SHRIMP oda sıcaklığında katı olan lityum deuterid (LiD) kullandı; Ivy Mike, karmaşık soğutma ekipmanı gerektiren kriyojenik sıvı deuterium (D2) kullandı. Castle Bravo, ABD'nin pratik bir teslim edilebilir füzyon bombasını ilk test etmesiydi, TX-21, Bravo olayında ispat testinden geçirilip silahlaştırılmasa da. Başarılı test, Ivy Mike ve silahlaştırılmış türevi olan JUGHEAD tarafından kullanılan kriyojenik tasarımı, ilk Castle Yankee olarak test edilmesi planlanan tasarımı, ortadan kaldırdı. Ayrıca 3.7 inç kalınlığında (9.5 cm) 7075 alüminyum balistik bir kasa kullandı. Alüminyum, bombasın ağırlığını büyük ölçüde azaltmak için kullanıldı ve aynı zamanda, o zamanlarda diğer silah projelerinde kullanılan ağır paslanmaz çelik kasadan (304L veya MIM 316L) farklı olarak, verimi artırmak için yeterli radyasyon hapsetme süresi sağladı.[8]: 54 : 237
SHRIMP, en azından teoride ve birçok kritik noktada daha sonra Castle Romeo ve Castle Yankee'de sırasıyla test edilen RUNT ve RUNT II cihazları ile geometrik olarak özdeşti. Kağıt üzerinde, bu cihazların ölçeklendirilmiş bir versiyonuydu ve kökenleri 1953'e kadar uzanıyordu. Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri, B-47 Stratojet ve B-58 Hustler tarafından taşınması için daha hafif termonükleer silahların önemini belirtti. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı, bu göstergeye, RUNT'ın zenginleştirilmiş bir takip versiyonuyla, SHRIMP adlı 3/4 ölçekli radyasyon sıkıştırma sistemi ile yanıt verdi. Önerilen ağırlık azaltımı (TX-17'nin 42.000 pound'undan (19.000 kg) TX-21'in 25.000 pounduna (11.000 kg)), Hava Kuvvetlerine çok daha çok yönlü bir teslim edilebilir yerçekimi bombasını sağlayacaktı.[8]: 237 Castle'da test edilen son sürüm, yakıt olarak kısmen zenginleştirilmiş lityumu kullandı. Doğal lityum, lityum-6 ve lityum-7 izotoplarının bir karışımıdır (%7,5'i ilkisi). Bravo'da kullanılan zenginleştirilmiş lityum nominal olarak %40 lityum-6 idi (kalan kısmı çok daha yaygın olan lityum-7'ydi, yanlışlıkla inert olduğu varsayılıyordu). Yakıt çubuklarının zenginleşmesi %37 ile %40 arasında 6Li olarak değişiyordu ve daha düşük zenginleşime sahip çubuklar, birincilden uzak, füzyon yakıt odasının ucuna yerleştirildi. Yakıt çubuklarında, ALARM SAATI ve daha sonraki birçok hidrojen silahına göre daha düşük seviyedeki lityum zenginleşmesi, o zamanlarda zenginleştirilmiş lityumda yaşanan kıtlıktan kaynaklanıyordu, çünkü alaşım Geliştirme Tesisi'nin (ADP) birincisi 1953 sonlarında üretime başladı.[12]: 208 LiD yakıtının hacmi, ıslak SAUSAGE ve kuru RUNT I ve II cihazlarında kullanılan füzyon yakıtı dolgusunun yaklaşık %60'ıydı veya yaklaşık 500 litre (110 imparatorluk galonu; 130 ABD galonu) idi.[Not 3] Bu, yaklaşık 390 kg lityum deuterid'e denk geliyordu (LiD'nin yoğunluğu 0.78201 g/cm³'tür).[13]: 281 Karışımın maliyeti o dönemde yaklaşık 4,54 USD/g idi. Füzyon yanma verimliliği, ilk termonükleer silah neslinin elde ettiği en yüksek verimlilik olan %25,1'e yakındı. Bu verimlilik, Kasım 1956 tarihli bir açıklamada verilen rakamlara uygundur, bu açıklamada bir Savunma Bakanlığı yetkilisi, %15 ile %40 arasında değişen verimliliğe sahip termonükleer cihazların test edildiğini açıklamıştır.[8]: 39 Hans Bethe'nin, ilk termonükleer silahlar neslinin (%füzyon) verimliliğinin %15'den %25'e kadar değiştiğini bağımsız olarak belirttiği biliniyor.
Termonükleer yanma (birincildeki fisyon yakıtı gibi) Jetter döngüsü yoluyla ortalama 14 MeV sıcaklığına sahip yüksek enerjili nötronların titreşimlerini (kuşaklarını) üretecektir.
Atış kabına takılmadan kısa bir süre önce SHRIMP
SHRIMP'in parabolik çıkıntısı
SHRIMP'in silindirik ucu
İnsanlara ölçek olarak gösterilen SHRIMP cihazının atış kabına montajı
Jetter döngüsü
[düzenle]
Jetter döngüsü, lityum, deuterium ve tritiumu içeren bir reaksiyon kombinasyonudur. Lityum-6 ve deuteriumu tüketir ve iki reaksiyonda (sırasıyla 17.6 MeV ve 4.8 MeV enerjileri ile, bir nötron ve tritium aracılığıyla) iki alfa parçacığı üretir.[14]
Reaksiyon, 14 MeV yüksek enerjili nötronlar üretecektir ve nötronluğu ≈0.885 olarak tahmin edilmiştir (≈1.5 Lawson kriteri için).
Yüksek verim için ek tritium olasılığı
[düzenle]
SHRIMP, RUNT I ve ALARM SAATI ile birlikte termonükleer "acil durum yeteneğini" sağlamak için gerekli yüksek verimli atışlar olacağından, füzyon yakıtları ek tritium ile, 6LiT şeklinde güçlendirilmiş olabilir.[12]: 236 Tüm yüksek enerjili 14 MeV nötronlar, ikincil kaynağın etrafındaki uranyum füzyon sönme kabuğu ve kıvılcım fişinin plütonyum çubuğunda fisyon oluşturacaktır. Yanma sırasında 14 MeV nötronlar tarafından yakılan deuterium (ve tritium) atomlarının oranı, Mike'dan türetilen %5:1 ile %3:1 arasında değişmesi bekleniyordu,[12] bu tahminlerde %3:1 oranı ağırlıklı olarak ISRINEX'te kullanılıyordu. Füzyon sönme kabuğu tarafından ele geçirilen füzyon reaksiyonlarının nötronluğu, cihazın verimini büyük ölçüde artıracaktır.
SHRIMP'in dolaylı sürüşü
[düzenle]
Silindirik balistik kasaya, yaklaşık 2.5 cm kalınlığında bir doğal uranyum astarı, radyasyon kasası eklenmişti. İç yüzeyi, genel albedo'yu artırmak için yaklaşık 240 μm kalınlığında ve 0.08 μm kalınlığında bakır folyodan oluşan bakırla kaplanmıştı.[15][16][0.08 μm?? - doğrulaması gerekiyor] Bakır, mükemmel yansıtma özelliklerine sahip ve altına göre düşük maliyeti, kitle üretimi hidrojen silahları için faydalı hale getirdi. Hohlraum albedo, herhangi bir ataletli sınırlandırma yapılandırması için çok önemli bir tasarım parametresidir. Nispeten yüksek bir albedo, yansıtılan radyasyonun daha uygun boylam ve enlem açıları nedeniyle daha yüksek aşama arası bağlantı sağlar. Yüksek Z malzemeler için albedo'nun sınır değeri, kalınlık 5-10 g/cm² veya 0.5-1.0 serbest yola ulaştığında ulaşılacaktır. Dolayısıyla, uranyumdan oluşan ve uranyumun serbest yolundan çok daha kalın bir hohlraum gereksiz yere ağır ve pahalı olacaktır. Aynı zamanda, saçılma maddesinin atom numarası azaldıkça açısal anizotropi artar. Bu nedenle, hohlraum astarlarının bakır (veya diğer cihazlar için altın veya alüminyum) kullanılmasını gerektirir, çünkü emilim olasılığı saçılma maddesinin Zeff değerinin artmasıyla artar. Hohlraum'daki iki X-ışını kaynağı vardır: başlangıçta ve darbe yükselişi sırasında baskın olan birincil radyasyon yoğunluğu; ve istenen radyasyon sıcaklığı platoya ulaşması için önemli olan duvar. Birincil, bir flaş lambası gibi radyasyon yayar ve ikincil, uygun bir şekilde çökmesi için sürekli bir Tr'ye ihtiyaç duyar.[17] Bu sabit duvar sıcaklığı, sıkıştırmayı sürmek için ortalama 0.4 keV (0.2 ila 2 keV aralığı içinde) olan ablasyon basınç gerekliliklerine bağlıdır.[Not 4], birkaç milyon Kelvin'e karşılık gelir. Duvar sıcaklığı, güçlendirilmiş fisyon sırasında yaklaşık 5.4 keV'ye ulaşan birincil çekirdeğin sıcaklığına bağlıydı.[20]: 1–11 [18]: 9 Son duvar sıcaklığı, ikincil kaynağın itericisine yansıtılmış duvar radyasyon X-ışınlarının enerjisine karşılık gelir, ayrıca hohlraum malzemesinden kaynaklanan kayıplar nedeniyle azalır.[15][Not 5] Doğal uranyum çiviler, başlarının üzerine bakırla kaplanmış, radyasyon kutusunu balistik kasaya bağladı. Çiviler, kesme yüklerini daha iyi dağıtmak için çift kayma yapılandırmasında dikey diziler halinde vidalanmıştı. Bu radyasyon kutusunu balistik kasaya bağlama yöntemi ilk olarak Ivy Mike cihazında başarılı bir şekilde kullanıldı. Radyasyon kutusunun parabolik bir ucu vardı, burada COBRA birincilini kullanarak füzyon reaksiyonunun başlatılması için gerekli koşulları oluşturdu ve diğer ucu, Bravo'nun sınıf dışı bırakılmış filminde de görüldüğü gibi bir silindirik uçtu.
Uranyum füzyon sönme kabuğu ile kasa arasındaki alan, X-ışınlarını birincilden ikincil birleşimine iletmek için bir radyasyon kanalı oluşturdu; aşama arası. Çok kademeli termonükleer bir silahın en gizli sırlarından biridir. İkincil birleşimin sıkıştırması dolaylı olarak sürülür ve birincil radyasyon yoğunluğunun uzamsal profilini düzleştirmek için (yani, tutarlılığı ve düzensizlikleri azaltmak için) aşama arası kullanılan teknikler son derece önemlidir. Bu, kanal dolgusunun tanıtımıyla yapıldı - kırılma ortamı olarak kullanılan optik bir öğe,[21]: 279 ayrıca ICF lazer birleşimlerinde rastgele faz plakası olarak da karşılaşıldı. Bu ortam, düşük molekül ağırlıklı bir hidrokarbon (muhtemelen metan gazı) ile ekstrüde veya emprenye edilmiş polistiren plastik bir köpüktü ve X-ışınlarından düşük Z plazma haline geldi ve radyasyon kanalını ileterek yüksek Z yüzeylerindeki ablasyon önünü düzenledi; bu, aksi takdirde radyasyonun ikincili sıkıştırmaktan engellenmesine neden olacak püskürme etkisini "söndürdü"[Not 7]. Radyasyon kutusu tarafından yeniden yayılan X-ışınlarının ikincil kaynağın dış duvarlarına eşit olarak yerleştirilmesi ve termonükleer yakıt kapsülünü (füzyon yakıtının yoğunluğunu ve sıcaklığını artırarak) termonükleer bir reaksiyonu sürdürmek için gerekli noktaya kadar ablasyonu dışarıdan sürmek zorundadır.[23]: 438–454 (Nükleer silah tasarımı bakınız). Bu nokta, füzyon yakıtının yaydığı radyasyona opak hale geleceği eşiğin üstündedir, çünkü Rosseland opaklığından belirlenmiştir, yani üretilen enerji yakıtın yakınındaki enerji kaybını (radyasyon, parçacık kayıpları olarak) dengeleyecektir. Sonuçta, herhangi bir hidrojen silah sistemi çalışabilmek için, füzyon sönme kabuğu ve kıvılcım fişi arasında (aşağıya bakın) sıkıştırma dengesi yoluyla bu enerji dengesi korunmalıdır, bu nedenle bunlara denge süperleri adı verilir.[24]: 185
Ablasyon işlemi radyasyon kanalının her iki duvarında da gerçekleştiğinden, ISRINEX (termonükleer patlama simülasyon programı) ile yapılan sayısal bir tahmin, uranyum sönme kabuğunun da 2.5 cm kalınlığında olduğunu önerdi, böylece her iki hohlraum duvarına da eşit bir basınç uygulanacaktı. Birkaç yüzey katmanının ablasyonu tarafından sönme kabuğunun duvarı üzerindeki roket etkisi, sönme kabuğunun geri kalan kısmında bulunan eşit bir uranyum kütlesini içeriye doğru hızlandırmaya zorlayarak termonükleer çekirdeği sıkıştırmaya zorlar. Aynı anda, hohlraum'un yüzeyindeki roket etkisi, radyasyon kutusunun dışarı doğru hızlanmasını zorlar. Balistik kasa, patlayan radyasyon kutusunu gerekli süre boyunca sınırlandırdı. Sönme kabuğu malzemesinin uranyum-235'te zenginleştirildiği gerçeği, radyokimyasal analizde tespit edilen son fisyon reaksiyon parçalarına dayanmaktadır, bu da şüphesiz patlama döküntülerinde Japonlar tarafından bulunan uranyum-237'nin varlığını göstermiştir.[25]: 282 İlk nesil termonükleer silahlar (MK-14, 16, 17, 21, 22 ve 24) hepsi %37,5'e kadar zenginleştirilmiş uranyum sönme kabukları kullandı.[25]: 16 Bunun istisnası, %93,5 zenginleştirilmiş fisyon ceketi kullanan MK-15 ZOMBIE idi.
İkincil birleşim
[düzenle]
İkincil birleşim, silahın gerçek SHRIMP bileşeniydi. Silah, o zamanın çoğu çağdaş termonükleer silah gibi, ikincil bileşen ile aynı kod adını taşıyordu. İkincil, cihazın silindirik ucunda yer alıyordu, ucu bir çeşit kiriş ve çıkıntı bağlantısıyla radyasyon kutusuna kilitlenmişti. Silindirik ucundaki hohlraum, ikincili içeri sokmak ve cihazın çoğunlukla kütlesine sahip ikincil birleşimin desteklenmesi için daha iyi bir yapısal sağlamlığa sahip bir iç çıkıntıya sahipti. Bu birleşimin görünümü, ikincili (kapak) radyasyon kutusunun konisinin (çıkıntısı) içine yerleştirildiği gibiydi. Başka herhangi bir büyük destek yapısı, birincilden ikinciliye radyasyon aktarımı için müdahale eder ve karmaşık titreşim davranışı sergilerdi. Bu eklem, ikincilin çoğunlukla yapısal yüklerini üstlendiğinden, ikincil ve hohlraum-balistik kasa topluluğu ortak öz modları paylaşan tek bir kütle olarak hareket etmişti. Eklem yükünün aşırı yüklenmesini, özellikle silahın kullanımı sırasında azaltmak için, ikincil kaynağın ön kesimi (yani, termal patlama/ısı kalkanı) ince tellere bağlı radyasyon kutusuna bağlandı, bu teller ayrıca ikincil kaynağın merkez çizgisini birincil ile hizalayarak ikincil üzerindeki bükülme ve burulma yüklerini azalttı, bir başka SAUSAGE'den uyarlanan teknikti.[23]: 438–454 İkincil birleşim, uzatılmış kesilmiş bir konidiydi. Önünden (patlama ısı kalkanı hariç) arka kısmına doğru oldukça dik bir şekilde daralıyordu. Daralma, iki nedenle kullanılıyordu. Birincisi, radyasyon uzaklığın karesiyle azaldığından, radyasyon bağlantısı ikincil kaynağın en arka kesimlerine göre nispeten kötüydü. Bu, o zamanlarda nadir olan füzyon yakıtının ikincil birleşimin arka ucundaki kullanımını etkisiz hale getirdi ve genel tasarımın israf olduğunu gösterdi. Bu, füzyon yakıtının daha az zenginleştirilmiş çubuklarının füzyon kapsülünün çok gerisine yerleştirilmesinin nedeniydi. İkincisi, birincil, kısmen ikincil kaynağın büyük eksenel uzunluğu nedeniyle, hohlraum'un tüm yüzeyini aydınlatamadığından, ikincili sıkıştırmak için nispeten küçük katı açılar etkili olacaktır, bu da kötü radyasyon odaklanmasına yol açacaktır. İkincil kaynağı daraltarak, hohlraum'un arka bölümünde silindirik olarak şekillendirilebildi, bu da radyasyon kutusunun her iki ucunda da parabolik olarak işlenmesi ihtiyacını ortadan kaldırdı. Bu, radyasyon odaklanmasını optimize etti ve akıcı bir üretim hattı sağladı, çünkü tek bir parabolik uçlu bir radyasyon kutusunun üretilmesi daha ucuz, daha hızlı ve daha kolaydı. Bu tasarımda daralma, akrabaları RUNT ve ALARM SAATI cihazlarına göre çok daha dikti. SHRIMP'in daralması ve hohlraum'a montajı, ikincil kaynağın tüm birleşimini görünüşe göre bir karides gövdesine benzetti. İkincil kaynağın uzunluğu, cihazın orta ve sol bölümüne takılan iki çift koyu renkli tanılama sıcak nokta borusuyla tanımlanır.[Not 9] Bu boru bölümleri 8+5⁄8 inç (220 mm) çapında ve 40 metre (12 m) uzunluğundaydı ve etkinlikte oluşturulan yapay 1 dönümlük (0.40 hektar) atış adasına kadar gövdenin üzerine olan birinci kısmına bağlı olan birleşimin ucunda ekliydi. Bu borulardan, aynalar, patlamadan gelen erken bomba ışığını, olayın gerçekleştiği adada inşa edilmiş 12 aynalı kule dizisine yansıtırdı. Los Alamos, tasarımın eşzamanlılığını (yani, birincil ateşleme ile ikincil ateşleme arasındaki zaman aralığını) ve ikincil cihazın bu iki önemli alanındaki termonükleer yanma oranını belirlemek için bu borulardan aynalar erken bomba ışığını bomba kasasından bir dizi yüksek hızlı kameraya yansıtacaktı.[8]: 63 : 229
Bu ikincil birleşim cihazı, lityum deuterid füzyon yakıtını paslanmaz çelik bir kapsül içinde içeriyordu. İkincil kaynağın ortasına doğru, çelik kapsül içinde yer alan 1,3 cm kalınlığında içi boş plütonyum silindirik bir çubuk uzanıyordu. Bu, tritiumla güçlendirilmiş bir fisyon cihazı olan kıvılcım fişi idi. Plütonyum halkaları tarafından birleştirilmişti ve yaklaşık 0.5 cm çapında olan iç boşluğu vardı. Bu orta bölüm, birincil kaynağın fisil çekirdeğindeki astar gibi, plütonyuma DT gazının yayılmasını engelleyen bakırla kaplanmıştı. Kıvılcım fişinin güçlendirme yükü yaklaşık 4 gram tritium içeriyordu ve ikincil kaynağın sıkışmasıyla birleşerek, birincilden gelen ilk nötronlarla ateşlenmesi planlanmıştı. Zamanlama, kıvılcım fişinin geometrik özellikleri (sıkışmamış halkasal yarıçapı) ile tanımlandı, keff'i 1'i geçtiğinde ateşlendi. Amacı, füzyon maddesini içeriden sıkıştırmak ve sönme kabuğu ile eşit basınç uygulamak için sıkıştırmaktı. Füzyon yakıtının sıkıştırma oranı ve adiyabatik sıkıştırma enerjisi, kıvılcım fişinin füzyon yakıtının ve sönme kabuğunun momentumunu dengelemek için minimum enerjiyi belirledi. Kıvılcım fişi yaklaşık 18 kg ağırlığında ve ilk ateşlemesi 0,6 kiloton TNT (2,5 TJ) verimi elde etti. Sonra füzyon nötronları tarafından tamamen fisyona uğrayacak ve toplam verime yaklaşık 330 kiloton TNT (1.400 TJ) katkıda bulunacaktı. Kıvılcım fişinin füzyon yakıtının sıkıştırılmasını dengelemek için gereken enerji, birincilin enerjisinin hohlraum'daki bağlantısı, X-ışını ateş topu ve hohlraum sıcaklıkları arasındaki fark nedeniyle kayıplara eşlik ettiği için birincilin veriminden daha düşüktü.[18] Nötronlar, yaklaşık 28 cm kalınlığındaki 238U patlama ısı kalkanından küçük bir delik[Not 10] ile birleşim içine girdi. İkincil birleşimin önüne, birincil kaynağa bakan bir konumdaydı. Sönme kabuğu-füzyon kapsülü birleşimine benzer şekilde, kalkan, küçük çapı birincil kaynağın tarafına ve büyük çapı bir tür kiriş ve çıkıntı bağlantısıyla ikincil birleşimin geri kalanına kilitlenmiş dairesel bir kesik koni şeklinde idi. Sönme kabuğu-kalkan topluluğu, ikincil birleşim için yapısal destek ve sertlik sağlamak üzere birbirine benzer şekilde kilitlenebilir. Füzyon yakıtı-kıvılcım fişi birleşimini çevreleyen, sönme kabuğuydu, yaklaşık 0.9 cm genişliğinde bir hava boşluğu vardı ve sönme kabuğunun momentumunu artırması gerekiyordu, bu, Operasyon Kumtaşı'nda olduğu gibi ve fizikçi Ted Taylor tarafından çekiç-çivi çarpışması olarak tanımlanmış bir asansör tekniğiydi. Yüksek Z sönme kabuğu malzemesinin nispeten düşük yoğunluktaki füzyon yakıtıyla hızla karışacağı ve kabul edilemez şekilde büyük radyasyon kayıplarına yol açacağı yönündeki teknik kaygılar da vardı; boşluk ayrıca kaçınılmaz ve istenmeyen Taylor karışımını azaltmak için bir tampon görevi gördü.
Bor kullanımı
[düzenle]
Bor, bu kuru sistemde birçok yerde kullanıldı; yavaş nötronların, 235U ve 239Pu'yu fisyona uğratması için yüksek bir kesit ve hızlan nötronların, 238U'yu fisyona uğratması için düşük bir kesite sahiptir. Bu özellik nedeniyle, ikincil aşamanın yüzeyine konulan 10B, birincilden gelen sapmış nötronlar tarafından kıvılcım fişinin ön patlamasını önlerdi, ancak ikincilin etrafındaki füzyon sönme kabuğunun 238U'sunun ardından fisyona uğratılmasına engel olmazdı. Bor ayrıca, püskürme etkisini engellemeye ve ikincil çevresindeki sıkıştırma plazma basıncını artırmaya, bu da daha yüksek termonükleer verime yol açmaya yardımcı oldu. İkincili kasada sabitlemek için kullanılan yapısal köpük, 10B ile dopingli olduğundan,[8]: 179 ikincil daha yüksek bir sıkışıklığa sahipti, bu da bazı yayılan nötronların maliyetine yol açtı. (Castle Koon MORGENSTERN cihazı tasarımında 10B kullanmadı; bunun sonucunda RACER IV birincilinden gelen yoğun nötron akışı, küresel fisyon kıvılcım fişini önceden patlattı, bu da füzyon yakıtının "pişmesine" ve genel olarak kötü bir sıkışıklığa yol açtı.[8]: 317 ) Plastik, ikincil kaynağın kütlesini sıkıştırmaya sahip değildir. Plazma basıncı, radyasyon kanalının radyasyon geçişi için açık olması gereken sönme kabuğu ve radyasyon kutusunun kaynar bölümlerinde sınırlandırılır, böylece bu iki duvarın malzemesi radyasyon kanalına giremez.[12]
Patlama
[düzenle]
Cihaz, Bikini Atolu'nda Namu Adası açıklarındaki bir mercan üzerinde inşa edilmiş bir "atış kabına" monte edildi. Atış kabına, atış kabuğu etrafındaki aynalı kuleler dizisi boyunca yönlendirilmiş yüksek hızlı kameralar da dahil olmak üzere, birçok teşhis cihazı çalıştırıldı.
Patlama yerel saatle 06:45'te (GMT 28 Şubat 18:45'te) 1 Mart 1954'te gerçekleşti.[3]
Bravo patlatıldığında, bir saniye içinde yaklaşık 4,5 mil (7,2 km) çapında bir ateş topu oluştu. Bu ateş topu, 250 milden (400 km) fazla uzaklıktaki Kwajalein Atolu'nda görüldü. Patlama, 6.500 fit (2.000 m) çapında ve 250 fit (76 m) derinliğinde bir krater bıraktı. Mantar bulutu yaklaşık bir dakikada 47.000 fit (14.000 m) yüksekliğe ve 7 mil (11 km) çapa ulaştı, 10 dakikadan kısa bir sürede 130.000 fit (40 km) yüksekliğe ve 62 mil (100 km) çapa ulaştı ve saniyede 160 metreden fazla (580 km/sa; 360 mil/sa) genişliyordu. Patlamanın sonucu, çevresindeki küçük adalar da dahil olmak üzere 7.000 mil kare (18.000 km²) 'den fazla Pasifik Okyanusu alanını radyasyonla kirletti.[31]
Salınan enerji (genellikle TNT eşdeğeri ile ölçülür) açısından, Castle Bravo, II. Dünya Savaşı sırasında Hiroşima'ya atılan atom bombasından yaklaşık 1.000 kat daha güçlüydü. Castle Bravo, Sovyetler Birliği'nin Tsar Bomba testlerinden (yaklaşık 50 Mt), Test 219'dan (24,2 Mt) ve 1962'de Novaya Zemlya'da yapılan diğer üç (Test 147, Test 173 ve Test 174) ≈20 Mt Sovyet testlerinden sonra tarihin altıncı en büyük nükleer patlamasıdır.
Yüksek verim
[düzenle]
15 (± 5) Mt [32] verimi, tasarımcılarının tahmin ettiği 5 Mt'nin üç katıydı.[3][23]: 541 Daha yüksek verimin nedeni, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'ndaki cihaz tasarımcılarının yaptığı bir hataydı. Lityum deuterid ikincildeki yalnızca lityum-6 izotopunun reaktif olduğunu düşünmüşlerdi; lityum içeriğinin %60'ını oluşturan lityum-7 izotopunun ise inert olduğu varsayılıyordu.[23]: 541 Lityum-6 izotopunun fisyona uğrayan plütonyumdan bir nötron emeceği ve bu süreçte bir alfa parçacığı ve tritium yayacağı ve sonrasının deuterium ile birleşerek tahmin edildiği gibi verimi artıracağı bekleniyordu. Lityum-6 gerçekten bu şekilde tepki verdi.
Lityum-7'nin bir nötron emer ve neredeyse bir saniyelik bir zaman ölçeği olan beta bozunması yoluyla (berilyum-8'e) iki alfa parçacığına bozunan lityum-8 ürettiği varsayıldı, bu da nükleer patlamanın zaman ölçeğinden çok daha uzundu.[33] Bununla birlikte, lityum-7, enerjisi 2,47 MeV'den büyük olan enerjik nötronlarla bombardımana tutulduğunda, sadece bir nötron absorbe etmenin ötesinde, bir alfa parçacığı, bir tritium çekirdeği ve başka bir nötrona fisyona uğrar.[33] Bunun sonucunda, beklenenden çok daha fazla tritium üretildi, bu ek tritium deuterium ile birleşerek ek bir nötron üretti. Füzyonla üretilen ek nötron ve lityum-7 bozunmasıyla doğrudan salınan ek nötron, çok daha büyük bir nötron akışı üretti. Sonuç, uranyum sönme kabuğunun fisyonunu ve verimi önemli ölçüde artırdı.[33]
Özetle, lityum-6 ile ilgili reaksiyonlar, aşağıdaki iki net reaksiyondan bir kombinasyonunu sağlar:
1n + 6Li → 3H + 4He + 4.783 MeV
6Li + 2H → 2 4He + 22.373 MeV
Ancak lityum-7 mevcut olduğunda, aşağıdaki iki net reaksiyondan bazı miktarlara da sahibiz:
7Li + 1n → 3H + 4He + 1n
7Li + 2H → 2 4He + 1n + 15.123 MeV
Bu ortaya çıkan ek yakıt (hem lityum-6 hem de lityum-7), füzyon reaksiyonlarına ve nötron üretimin büyük ölçüde katkıda bulunmuş ve böylece cihazın patlayıcı gücünü önemli ölçüde artırmıştır. Test, lityum-6 o zamanlar nadir ve pahalı olduğu için yüksek oranda lityum-7 içeren lityumu kullandı; daha sonra Castle Union testi neredeyse saf lityum-6 kullandı. Yeterli lityum-6 mevcut olsaydı, yaygın lityum-7