Ядро-демон

Ядро-демон — кулястий заряд плутонію із субкритичною масою в 6,2 кг, розмір якого становив 89 мм в діаметрі. Він став причиною двох нещасних випадків при експериментах з критичності. Ядро планувалося застосувати у третій ядерній бомбі в Другій світовій війні, але після капітуляції Японії його використали для випробувань. Ядро створювалося із мінімальним запасом безпеки для забезпечення високої ймовірності вдалого вибуху бомби. Під час двох різних експериментів, метою яких було переконатися, що ядро дійсно близьке до критичної точки, пристрій короткочасно перейшов у надкритичний стан, коли його випадково розмістили у надкритичну конфігурацію. Обидва інциденти сталися в Лабораторії Лос Аламос 1945-го та 1946-го року, і призвели до гострої променевої хвороби і подальших смертей двох дослідників: Гаррі Дагляна і Луї Слотіна. Після цих випадків сферичне плутонієве ядро отримало назву «ядро-демон».

Відтворення експерименту, що призвело до інциденту в 1945 р. Сфера плутонію оточена блоками із карбіду вольфраму, що відбивають нейтрони.

Історія та конструкція

Ядро-демон (аналогічне другому ядру використаному у бомбардуванні Нагасакі) було суцільною сферою масою в 6,2 кг (14 фунтів) і розміром 89 мм (3,5 дюйма) в діаметрі. Воно складалося із трьох частин: двох плутонієво-галієвих напівсфер і кільця, розробленого для того, щоб під час імплозії стримати "випускання" потоку нейтронів із простору між поверхнями двох поєднаних напівсфер. Ядро пристрою, що було використане в ядерному випробуванні Трініті в липні не мало такого кільця.[1][2]

Два фізики Гаррі Даглян (по центру ліворуч) і Луї Слотін (по центру праворуч) під час проведення ядерного випробування Трініті

Очищений плутоній доставили кораблем із Hanford Site штату Вашингтон до Лабораторії Лос Аламос; в інвентарних документах, що датуються 30-им серпня показано, що Лос Аламос витратили "HS-1, 2, 3, 4; R-1" (компоненти для бомб Трініті і Нагасакі) і мали в розпорядженні "HS-5, 6; R-2" в завершеному стані, які знаходилися на руках для проведення контролю якості. Матеріал для "HS-7, R-3" знаходився в металургійному секторі Лос Аламос, і також був би готовий до 5 вересня (не відомо чи ця дата стосується завершення виготовлення не згаданого елементу "HS-8" четвертого ядра).[3] Металурги використовували плутонієво-галієвий сплав, який стабілізував δ фазу аллотропів плутонію, так що його можна було стиснути під гарячим пресом до сферичної форми. Згодом виявилося, що плутоній сильно іржавіє, тому сферу стали покривати нікелем.[4]

Перший інцидент

Зібране ядро за планом мало бути "легше на -5 центову монету", або на 5 відсотків менше за критичну масу.[5] В такому стані існував лише невеликий запас безпеки від прояву сторонніх факторів, які могли збільшити критичність, що б змусило ядро стати суперкритичним і згодом миттєво критичним, короткий стан раптового збільшення енергії.[6] Ці фактори не виникають в звичайному середовищі; до них належать такі обставини, як стиснення твердого металевого ядра – який з рештою стало методом, що було використано для вибуху бомби, додавання більшої кількості ядерного матеріалу або додаванням зовнішнього рефлектора, який би відбивав вихідні нейтрони назад до ядра. Експерименти проведені в Лос Аламос, що призвели до двох фатальних випадків, були сплановані з метою гарантовано переконатися, що ядро насправді є близьким до критичної точки за допомогою розташування таких рефлекторів і спостерігання за тим скільки нейтронних рефлекторів необхідно аби наблизитися до стану суперкритичності.[5]

21 серпня 1945 ядро плутонію спричинило викид нейтронного випромінення, що призвів до смерті фізика Гаррі Дагляна. Даглян зробив помилку при виконанні експериментів із нейтронним рефлектором та ядром. Він працював сам; охоронець, рядовий Роберт Хеммерлі сидів за столом в 10-12 футах (3-4 м) від нього.[7] Ядро було розміщене серед стосу карбідово-вольфрамових блоків, що відбивають нейтрони; додавання наступного блоку наближало цю конструкцію все ближче до стану критичності. При спробі розмістити черговий блок на стосі, Даглян випадково впустив його на ядро, і таким чином спровокував ядро до переходу до суперкритичного стану, самостійної критичної ланцюгової реакції. Він швидко забрав цеглину геть, подалі від конструкції, але встиг отримати фатальну дозу опромінення. Він загинув через 25 днів після того від гострої променевої хвороби.[8]

Другий інцидент

Другий інцидент відбувся під час демонстрації способу монтажу металевих критичних збірок[5]. Система складалась з такої ж плутонієвої сфери, як і в першому випадку, але з берилієвим рефлектором у вигляді двох півсфер. Плутонієве ядро розміщувалось в нижній берилієвій півсфері, після чого зверху повільно опускалась друга берилієва півсфера, таким чином, щоб один край верхньої півсфери торкнувся до нижньої. Експериментатор підтримував викруткою протилежний край верхньої півсфери, утримуючи її від контакту з нижньою. Також верхню берилієву півсферу притримували пальцем за отвір у її верхній частині.

В результаті експерименту виникла самопідтримуюча ланцюгова реакція, з енерговиходом 3х10^15 поділів. Нікелева оболонка плутонієвого ядра не була пошкоджена. Вісім людей, що перебували в кімнаті, отримали значні дози опромінення: 2100, 360, 250, 160, 110, 65, 47 та 37 бер. Людина, що проводила демонстрацію, померла через 9 днів.

Примітки
  1. Wellerstein, Alex. You don't know Fat Man. Restricted data blog. Архів оригіналу за April 7, 2014. Процитовано April 4, 2014.
  2. Coster-Mullen, John (2010). Core Differences, from "Atom Bombs: The Top Secret Inside Story of Little Boy and Fat Man". Архів оригіналу за 27 квітня 2014. Процитовано April 4, 2014. An error: the illustration caption states the Fat Man core was plated in silver; it was plated in nickel, as the silver plating on the gadget core blistered. The disk in the drawings is a gold foil gasket.
  3. Wellerstein, Alex. The Third Core's Revenge. Restricted data blog. Архів оригіналу за April 7, 2014. Процитовано April 4, 2014.
  4. Baker, Richard D.; Hecker, Siegfried S.; Harbur, Delbert R. (1983). Plutonium: A Wartime Nightmare but a Metallurgist's Dream. Los Alamos Science (Winter/Spring) (Los Alamos National Laboratory). с. 142–151. Архів оригіналу за 17 жовтня 2011. Процитовано 22 листопада 2010.
  5. McLaughlin, Thomas P.; Monahan, Shean P.; Pruvost, Norman L.; Frolov, Vladimir V.; Ryazanov, Boris G.; Sviridov, Victor I. (May 2000). A review of criticality incidents, 2000 Revision (LA-13638). с. 70–78. Архів оригіналу за 22 липня 2014. Процитовано 18 травня 2014.
  6. Stater, Robert G. (13 грудня 2012). Prompt Criticality: A Concept with False Credentials. Nuke Facts. Архів оригіналу за березень 4, 2016. Процитовано 27 вересня 2015.
  7. Hempelman, Louis Henry; Lushbaugh, Clarence C.; Voelz, George L. (19 жовтня 1979). What Has Happened to the Survivors of the Early Los Alamos Nuclear Accidents? (PDF) Conference for Radiation Accident Preparedness. Oak Ridge: Лос-Аламоська національна лабораторія. LA-UR-79-2802. Архів оригіналу за 12 вересня 2014. Процитовано 5 січня 2013. Пацієнтів у даному документі позначено цифрами: 1 - Daghlian, 2 - Hemmerly, 3 - Slotin, 4 - Graves, 5 - Kline, 6 - Young, 7 - Cleary, 8 - Cieleski, 9 - Schreiber, 10 - Perlman
  8. Miller, Richard L. (1991). Under the Cloud: The Decades of Nuclear Testing. The Woodlands, Texas: Two Sixty Press. с. 68, 77. ISBN 0-02-921620-6.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.