Операция Песчаник - Operation Sandstone

Операция Sandstone
Рентген песчаника
Информация
Страна	Соединенные Штаты
Тестовый сайт
Период	1948 г.
Количество тестов	3
Тип теста	башня
Максимум. урожай	49 килотонн в тротиловом эквиваленте (210 ТДж)
Хронология серии тестов
←  Операция «Перекресток» Операция Рейнджер  →

Операция Sandstone была серией испытаний ядерного оружия в 1948 году. Это была третья серия американских испытаний после Trinity в 1945 году и Crossroads в 1946 году и предшествовала Ranger . Как и тесты Crossroads, тесты Sandstone проводились на Тихоокеанском полигоне , но на атолле Эниветак, а не на атолле Бикини . Они отличались от « Перекрестка» тем, что проводились Комиссией по атомной энергии , а вооруженные силы играли лишь вспомогательную роль. Цель испытаний песчаника также была иной: это были в первую очередь испытания новых конструкций бомб, а не воздействия ядерного оружия. Три испытания были проведены в апреле и мае 1948 года Объединенной оперативной группой 7 с персоналом в 10 366 человек, из которых 9890 были военными.

Успешные испытания новых ядер в ходе испытаний Operation Sandstone сделали все компоненты старого оружия устаревшими. Еще до того, как было проведено третье испытание, производство старых ядер было остановлено, и все усилия были сосредоточены на новой ядерной бомбе Mark 4 , которая должна была стать первым массовым ядерным оружием. Более эффективное использование расщепляющегося материала в результате операции «Песчаный камень» увеличит ядерный арсенал США с 56 бомб в июне 1948 года до 169 в июне 1949 года.

Происхождение

Атолл Эниветак

Ядерное оружие было разработано во время Второй мировой войны в рамках Манхэттенского проекта , в рамках которого была создана сеть производственных объектов, а также лаборатория исследования и разработки оружия в Национальной лаборатории Лос-Аламоса . Были разработаны два типа бомб: Mark 1 Little Boy , оружие деления пушечного типа с использованием урана-235 , и Mark 3 Fat Man , ядерное оружие имплозионного типа с использованием плутония .

Это оружие было недалеко от своего лабораторного происхождения. Еще предстоит проделать большую работу по упрощению сборки, безопасности, надежности и хранению, прежде чем они будут готовы к производству. Было также много улучшений их характеристик, которые были предложены или рекомендованы во время войны, что было невозможно под давлением развития военного времени. Норрис Брэдбери , сменивший Роберта Оппенгеймера на посту директора в Лос-Аламосе, считал, что «у нас были, прямо скажем, паршивые бомбы».

Плутоний был произведен путем облучения урана-238 в трех ядерных реакторах мощностью 250 МВт на площадке в Хэнфорде . Теоретически они могут производить 0,91 грамма (0,032 унции) плутония на мегаватт-день или около 20 килограммов (44 фунта) в месяц. На практике производство никогда не приближалось к такому уровню в 1945 году, когда в месяц производилось всего от 4 до 6 кг (8,8–13,2 фунта). Толстяк ядро требуется около 6,2 кг (14 фунтов) плутония, из которых 21% делящихся. Производство плутония упало в 1946 году из-за разбухания графитовых замедлителей нейтронов в реакторах . Это явление известно как эффект Вигнера в честь его первооткрывателя, ученого из Манхэттенского проекта Юджина Вигнера .

Эти реакторы также были необходимы для производства (путем облучения висмута-209 ) полония-210 , который использовался в инициаторах , важнейшем компоненте ядерного оружия. Около 62 килограммов (137 фунтов) висмута-209 нужно было облучить в течение 100 дней, чтобы получить 600 кюри полония-210, что чуть больше 132 миллиграммов (2,04 грамма). Поскольку полоний-210 имеет период полураспада всего 138 дней, по крайней мере один реактор должен был оставаться в рабочем состоянии. Поэтому самый старый блок, B pile, был закрыт, чтобы его можно было использовать в будущем. На исследование проблемы уйдет большая часть 1946 года, прежде чем будет найдено решение.

Уран-235 был получен путем обогащения природного урана на заводах Y-12 и K-25 в Ок-Ридже, штат Теннесси. Усовершенствования в процессах и процедурах электромагнитного и газообразного разделения изотопов в период с октября 1945 года по июнь 1946 года привели к увеличению производства примерно до 69 килограммов (152 фунтов) урана-235 в месяц, чего было достаточно только для одного из очень расточительных Маленький мальчик с. Толстяк 17,5 раза эффективнее , как маленький мальчик , но тонны урановой руды могут принести восемь раз больше , чем урана-235 в качестве плутония, а также на основе за грамм, плутоний стоимость где - то между четырьмя и восемь раз дороже производят как уран-235, который в настоящее время стоит около 26 долларов за грамм.

Разработка оружия 1945–48 гг.

Цели серии испытаний Sandstone заключались в следующем:

1. испытание ядерных активной зоны и инициаторов;
2. усовершенствовать теорию и знания об оружии имплозивного типа;
3. испытать левитирующие сердечники;
4. испытание композитных сердечников; а также
5. определить наиболее экономичные конструкции с точки зрения эффективного использования делящегося материала.

Левитация означала, что вместо того, чтобы находиться непосредственно внутри тампера, был бы воздушный зазор между тампером и сердечником, который был бы подвешен внутри на проводах. Это позволит тамперу получить больше импульса, прежде чем ударить по ядру. Принцип был похож на удары молотка по гвоздю, а не на то, чтобы положить головку молотка прямо на гвоздь и надавить на него как можно сильнее. Чтобы это работало за пределами лаборатории, провода должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать падение с самолета, но достаточно тонкими, чтобы не нарушать сферическую симметрию имплозии. Теоретическое подразделение в Лос-Аламосе, известное как Т-подразделение, провело компьютерные расчеты на левитирующем ядре еще в марте 1945 года. Использование левитирующего ядра было предложено при планировании операции «Перекресток», но вместо этого было решено использовать существующее твердое ядро ​​«Кристи» конструкции. Он был назван в честь дизайнера Роберта Кристи . Однако для песчаника было решено, что по крайней мере в двух из трех испытаний будут использоваться левитирующие ядра.

Мотивация создания композитного сердечника заключалась в том, чтобы лучше использовать имеющийся расщепляющийся материал. Использование урана-235 в имплозивном оружии вместо неэффективной пушки типа Little Boy было очевидным шагом вперед. Однако, хотя плутоний был дороже и труднее производить, чем уран-235, он делится быстрее, потому что он лучше использует нейтроны, которые производит его деление. С другой стороны, более медленная реакция урана-235 позволяет собирать сверхкритические массы, делая теоретически возможным производство оружия с высокой мощностью. К июлю 1945 года Оппенгеймер и Гровс рассматривали возможность использования обоих материалов в композитном сердечнике, содержащем 3,25 кг (7,2 фунта) плутония и 6,5 кг (14 фунтов) урана-235. Композитные сердечники стали доступны в 1946 году. Приоритетом Лос-Аламоса тогда стала разработка полностью уранового сердечника-235. К январю 1948 года национальный запас содержал 50 ядер, из которых 36 были составными сердечниками Кристи, девять - плутониевыми сердечниками Кристи и пять - составными левитирующими сердечниками. Испытания новых левитирующих, композитных ядер и ядер из урана-235 потребуют как минимум трех испытательных пусков.

Более эффективное оружие потребует менее эффективных инициаторов. Это означало, что потребуется меньше полония. Во времена Sandstone национальный запас полоний-бериллиевых инициаторов состоял из 50 инициаторов класса A с содержанием полония более 25 кюри и 13 инициаторов класса B с содержанием от 12 до 25 кюри. Во время Sandstone, по крайней мере, одно испытание будет проведено с инициатором B-класса.

Препараты

Организация

Брифинг по USS  Mount McKinley . На снимке полковник Т.Дж. Сэндс, капитан Джеймс С. Рассел , доктор Д.К. Фроман, бригадный генерал Дэвид А. Огден, генерал-майор Дж. Д. Баркер, генерал-майор У. Э. Кепнер, генерал-лейтенант Джон Э. Халл , контр-адмирал Уильям С. Парсонс , контр-адмирал Фрэнсис К. Денебринк и бригадный генерал Клод Б. Ференбо.

Испытания были санкционированы президентом Гарри С. Трумэном 27 июня 1947 года. Директор по военным приложениям Комиссии по атомной энергии, бригадный генерал Джеймс МакКормак и его заместитель капитан Джеймс С. Рассел встретились с Брэдбери и Джоном Генри Мэнли в Лос-Аламосе 16 декабря. 9 июля подготовиться к испытаниям. Они с готовностью согласились, что они будут научными по своей природе, с Лос-Аламосом, обеспечивающим техническое руководство, и вооруженными силами, обеспечивающими поставки и материально-техническую поддержку. Стоимость испытаний, около 20 миллионов долларов, была разделена между Министерством обороны и Комиссией по атомной энергии. Генерал-лейтенант Джон Э. Халл был назначен командиром-испытателем. Контр-адмирал Уильям С. Парсонс и генерал-майор Уильям Э. Кепнер повторили свои роли в операции «Перекресток» в качестве заместителей командующего. Объединенная оперативная группа 7 была официально активирована 18 октября 1947 года. Как ее командир, Халл подчинялся и Объединенному комитету начальников штабов, и Комиссии по атомной энергии.

Совместная оперативная группа 7 состояла из 10 366 человек, из которых 9890 военнослужащих. Его штаб состоял примерно из 175 человек, 96 из которых находились на борту авианосца «  Маунт Мак-Кинли» . Остальные были размещены на USS  Albemarle , Curtiss и Bairoko . Специальное подразделение Лос-Аламосской национальной лаборатории, известное как J Division, было создано специально для управления ядерными испытаниями. Группа Комиссии по атомной энергии (целевая группа 7.1) отвечала за подготовку и взрыв ядерного оружия, а также за проведение экспериментов. В его состав входили около 283 ученых и технических специалистов, ответственных за ядерные испытания из J-подразделения, Проекта специального оружия вооруженных сил , Военно-морской исследовательской лаборатории , Военно-морской артиллерийской лаборатории , Аргоннской национальной лаборатории , Абердинского испытательного полигона , Комиссии по атомной энергии, Эдгертон, Гермесхаузен. & Grier и другие агентства.

Каждый имел дело с разными аспектами тестов. Лаборатория военно-морской артиллерии проводила испытания по измерению взрыва, в то время как Лаборатория военно-морских исследований проводила эксперименты по измерению радиации, а Аргоннская национальная лаборатория проводила измерения гамма-излучения . Эдгертон, Гермесхаузен и Гриер были подрядчиками, нанятыми для разработки и установки систем хронометража и зажигания. Семь экспериментальных сборок оружия и шесть ядер были доставлены в Сан-Педро, Калифорния , и загружены на сборочный корабль USS  Curtiss в феврале 1948 года, но Комиссия по атомной энергии дала разрешение только на расходование трех ядер в ходе испытаний.

Корабли

Военно-морские силы были организованы как оперативная группа 7.3. Он состоял из:

Гражданские дела

Вертолет Sikorsky HO3S берет пробу воды с плота из бальзы, прикрепленного к кабелю для отбора проб воды.

В сентябре 1947 года Халл, Рассел, назначенный 14 октября руководителем испытаний, и научный руководитель Объединенной целевой группы 7 Дарол К. Фроман из Лос-Аламосских лабораторий вместе с группой ученых и военных отправились исследовать различные предложенные испытания. сайты в Тихом океане. Атолл Эниветак был выбран в качестве испытательного полигона 11 октября. Остров был удаленным, но с хорошей гаванью и взлетно-посадочной полосой. Здесь также были океанические течения и пассаты, которые будут уносить радиоактивные осадки в море, что является важным соображением в свете того, что произошло на атолле Бикини во время операции «Перекресток».

Поскольку подопечная территория Тихоокеанские острова была подопечной территорией Организации Объединенных Наций, находящейся под управлением Соединенных Штатов, 2 декабря Совет Безопасности Организации Объединенных Наций был уведомлен о предстоящих испытаниях. Атолл был населен дри-Эниветак, который жил на Аомон, и дри-энжеби, жившие на Биджире. Их первоначальные дома были на Эниветаке и Энджеби, но они были перемещены во время войны, чтобы освободить место для военных баз. Население, около 140 человек, было временно переселено на остров Мек во время операции «Перекресток». На этот раз в качестве места переселения был выбран атолл Уджеланг , необитаемый атолл в 124 морских милях (230 км; 143 мили) к юго-западу от Эниветака. Группа морского строительного батальона прибыла туда 22 ноября для строительства жилых и бытовых помещений. Военные власти встретились с местными руководителями 3 декабря, и они согласились на переезд, который был осуществлен USS  King County к 20 декабря. LST и четыре самолета Douglas C-54 Skymaster были переведены в режим ожидания для эвакуации Уджелана в случае необходимости. на него повлияли радиоактивные осадки, но в этом не было необходимости.

В отличие от тестов Crossroads, которые проводились в центре внимания средств массовой информации, тесты Sandstone проводились с минимальной оглаской. 15 апреля в Вашингтоне продолжалась дискуссия о том, следует ли вообще публично объявлять об испытаниях. Халл возражал против того, чтобы делать какие-либо объявления до тех пор, пока серия не будет завершена, но комиссары AEC посчитали, что новости просочатся наружу, и Соединенные Штаты будут выглядеть скрытно. Поэтому было решено сделать объявление в последний момент. О цели испытаний не сообщалось, только беглые пресс-релизы. 18 мая, после того, как серия была закончена, Халл провел пресс-конференцию на Гавайях, но разрешил СМИ цитировать только письменные заявления.

Строительство

Острова Энжеби, Аомон и Рунит были очищены от растительности и выровнены по уровню, чтобы упростить установку необходимого оборудования, и была проложена дорога между Аомон и Биджире, чтобы можно было проложить кабели инструментов от испытательной башни на Аомон до контрольной станции. на Биджире. Взрывы были заказаны таким образом, чтобы на более поздних испытательных площадках не было радиоактивных осадков от предыдущих выстрелов. Компонент армии, целевая группа 7.2, отвечал за строительные работы. Он состоял из 1220-го временного инженерного батальона, 1217-го и 1218-го смешанных служебных взводов, 18-й инженерно-строительной роты и 1219-го взвода службы связи; Компании D и Е 2 инженера Специальная бригада «s пятьсот тридцать второй инженер Лодка и Shore полка ; 461-я транспортная компания по производству грузовиков-амфибий; 854-я транспортная портовая компания; 401-й отряд CIC; и отряд военно-морской базы.

Операции

Как и в операции «Перекресток» , каждому взрыву давалось собственное кодовое имя, взятое из фонетического алфавита объединенной армии и флота . Все использовали модифицированные сборки Mark III и были взорваны с 200-футовых (61 м) башен. Время взрыва было вопросом компромисса. В лучей гамма - эксперименты измерений требуется темноту, но Боинг В-17 Flying Fortress беспилотные самолеты , которые бы образец облака , необходимые дневного света , чтобы управлять ими. В качестве компромисса все взрывы песчаника произошли незадолго до рассвета.

Взрывы в Соединенных Штатах Песчаник серии перечислены ниже:

Рентгеновский снимок

Воспроизвести медиа

Видео испытаний

В рентгеновском ядерном устройстве использовался левитирующий композитный сердечник. Он был взорван на Энджеби незадолго до восхода солнца в 06:17 15 апреля 1948 года мощностью 37 килотонн. Эффективность использования плутония составляла около 35%; содержание урана-235 составляло 25% и более. Это было несколько выше прогноза Лос-Аламоса. Наблюдатели, наблюдавшие с кораблей в лагуне, увидели яркую вспышку и почувствовали лучистое тепло. Конденсационное облако диаметром 5 морских миль (9,3 км) быстро окутало огненный шар, который светился в облаке. Громовой рев взрыва достиг наблюдателей за 45-50 секунд.

Примерно через 20 минут Байроко запустил вертолет, чтобы проверить работу тросовой лебедки, которая должна была собирать пробы. Он также спустил лодки, чтобы проверить уровень радиоактивности в лагуне. Беспилотный беспилотный самолет B-17 пролетел сквозь облака, а легкий танк с беспилотника использовался для извлечения образцов грунта из кратера. К сожалению, он затрясся, и через десять дней его пришлось отбуксировать.

Ярмо

Ярмо взрыв

В ядерном устройстве « Ярмо» использовалось левитирующее ядро ​​из урана-235. Он был взорван на Аомоне незадолго до восхода солнца 1 мая 1948 года в 06:09, на день позже из-за неблагоприятного ветра. Наблюдатели увидели аналогичную вспышку и почувствовали такое же тепло, что и рентгеновский взрыв, но конденсационное облако шириной в 6 морских миль (11 км) было больше, а звук взрыва был более мощным. Один наблюдатель сравнил это со звуком «бумажного пакета, который взрывается с силой в маленькой комнате». Они были правы: его мощность в 49 килотонн делала его крупнейшим ядерным взрывом до того времени, но он считался неэффективным и расточительным для расщепляющегося материала.

Зебра

Зебра , третье испытание и последнее из серии испытаний песчаника, было взорвано на Руните незадолго до восхода солнца в 06:04 15 мая 1948 года. Председатель AEC Дэвид Лилиенталь охарактеризовал это испытание как «самое сложное и самое важное». три. Используя один из инициаторов класса B, он продемонстрировал, что их все еще можно использовать с уверенностью. Наблюдатели воспринимали вспышку и взрыв как аналогичные двум предыдущим испытаниям, но на этот раз основание облака конденсации находилось на высоте 2000 футов (610 м), что давало наблюдателям беспрепятственный обзор огненного шара, который, следовательно, казался более ярким. и служат дольше, чем два других. Внешность обманчива: его левитирующее ядро ​​из урана-235 давало мощность 18 килотонн.

Снимают фильтры с беспилотника ВВС США Boeing B-17 после полета через радиоактивное облако

Процедуры, использованные в предыдущих тестах, были повторены, но на этот раз трос лебедки зацепился, и тестовые образцы пришлось забрать на джипе, подвергая экипаж большему воздействию радиации. Персонал Лос-Аламоса, которому было поручено удалить фильтры с дронов B-17, очевидно, без проблем выполнил процедуру на рентгеновских снимках и Yoke , но на этот раз трое из них получили радиационные ожоги на руках, достаточно серьезные, чтобы их госпитализировали, и им нужна была кожа. прививка . У одного из мужчин, проводивших процедуру Йока, были обнаружены ожоги рук, и он был госпитализирован, но 28 мая был выписан. В очередной раз из-за проблем с баком дрона возникла проблема, и он увяз в кратере, но образцы грунта были извлечены резервным баком дрона. Оба танка впоследствии были сброшены в океан.

Исход

Успешные испытания новых ядер в тестах Sandstone оказали огромное влияние. Практически все компоненты старого оружия были устаревшими. Еще до того, как было проведено третье испытание, Брэдбери остановил производство старых ядер и приказал сосредоточить все усилия на ядерной бомбе Mark 4 , которая станет первым массовым ядерным оружием. Более эффективное использование расщепляющегося материала увеличило бы ядерный арсенал с 56 бомб в июне 1948 года до 169 в июне 1949 года. Бомбы Mark III были сняты с вооружения в 1950 году. В то же время вводились в эксплуатацию новые производственные предприятия и возник эффект Вигнера. проблема была решена. К маю 1951 года производство плутония в 12 раз превысило уровень 1947 года, а производство урана-235 увеличилось в восемь раз. Начальник Проекта специального оружия вооруженных сил генерал-майор Кеннет Д. Николс ясно видел, что эпоха дефицита закончилась. Теперь он «порекомендовал нам думать о тысячах единиц оружия, а не о сотнях».

Примечания

использованная литература

внешние ссылки

• Короткометражный фильм Nuclear Test Film - Operation Sandstone (1948) доступен для бесплатного скачивания в Интернет-архиве.
• Короткометражный фильм Nuclear Test Film - Operation Sandstone - EG&G (1948) доступен для бесплатного скачивания в Интернет-архиве.
• Короткометражный фильм Nuclear Test Film - Operation Sandstone - Air Force (1948) доступен для бесплатного скачивания в Интернет-архиве.
• Короткометражный фильм Nuclear Test Film - Operation Sandstone - US Army Engineers (1948) доступен для бесплатного скачивания в Интернет-архиве.
• Короткометражный фильм Nuclear Test Film - Operation Sandstone - Blast Measurement (1945) доступен для бесплатного скачивания в Интернет-архиве.
• Короткометражный фильм Nuclear Test Film - Operation Sandstone - Navy (1948) доступен для бесплатного скачивания в Интернет-архиве.