Castle Bravo fue el primero de una serie de pruebas de diseño de armas termonucleares de alto rendimiento realizadas por los Estados Unidos en el atolón Bikini , Islas Marshall , como parte de la Operación Castle . Detonado el 1 de marzo de 1954, el dispositivo sigue siendo el dispositivo nuclear más poderoso jamás detonado por los Estados Unidos y la primera arma termonuclear alimentada con deuteruro de litio probada utilizando el diseño Teller-Ulam . [1] [2] El rendimiento de Castle Bravo fue de 15 megatones de TNT [Mt] (63 PJ ), 2,5 veces los 6 Mt (25 PJ) previstos, debido a reacciones adicionales imprevistas que involucraron litio-7 , [3] que llevaron a contaminación radiactiva en el área circundante. [4]
La lluvia radiactiva , la más pesada de las cuales fue en forma de coral pulverizado en la superficie de la detonación, cayó sobre los residentes de los atolones de Rongelap y Utirik , mientras que la lluvia radiactiva más particulada y gaseosa se extendió por todo el mundo. Los habitantes de las islas fueron evacuados solo tres días después y sufrieron enfermedad por radiación . Veintitrés miembros de la tripulación del buque pesquero japonés Daigo Fukuryū Maru ("Lucky Dragon No. 5") también fueron contaminados por la fuerte lluvia radiactiva, experimentando el síndrome de radiación aguda , incluida la muerte seis meses después de Kuboyama Aikichi, el radiooperador jefe del barco. La explosión incitó una fuerte reacción internacional sobre las pruebas termonucleares atmosféricas. [5]
El cráter Bravo se encuentra en 11°41′50″N 165°16′19″E / 11.69722, -165.27194 . Los restos de la calzada del Castillo Bravo se encuentran en 11°42′6″N 165°17′7″E / 11.70167, -165.28528 .
El dispositivo Castle Bravo estaba alojado en un cilindro que pesaba 23.500 libras (10.700 kg) y medía 179,5 pulgadas (456 cm) de largo y 53,9 pulgadas (137 cm) de diámetro. [3]
El dispositivo primario fue una bomba atómica impulsada por gas deuterio-tritio COBRA fabricada por Los Alamos Scientific Laboratory , un dispositivo MK 7 muy compacto. Este dispositivo de fisión impulsado había sido probado en el evento Upshot-Knothole Climax y produjo 61 kilotones de TNT [kt] (260 TJ) (de un rango de rendimiento esperado de 50-70 kt). Se consideró lo suficientemente exitoso como para que la serie de operaciones planificadas Domino , diseñada para explorar la misma cuestión sobre un primario adecuado para bombas termonucleares, pudiera cancelarse. [8] : 197 El sistema de implosión era bastante liviano con 900 lb (410 kg), porque eliminó la carcasa de empuje de aluminio alrededor del pisón [Nota 1] y usó lentes de anillo más compactas, [Nota 2] una característica de diseño compartida con los diseños Mark 5, 12, 13 y 18. El material explosivo de las cargas internas en el MK 7 fue cambiado al más poderoso Ciclotol 75/25, en lugar de la Composición B utilizada en la mayoría de las bombas almacenadas en ese momento, ya que el Ciclotol 75/25 era más denso que la Composición B y, por lo tanto, podía generar la misma cantidad de fuerza explosiva en un volumen más pequeño (proporcionaba un 13 por ciento más de energía de compresión que la Comp B). [9] : 86 : 91 El núcleo compuesto de uranio y plutonio COBRA fue levitado en un pozo tipo D. COBRA fue el producto más reciente del trabajo de diseño de Los Alamos sobre los "nuevos principios" del núcleo hueco. [8] : 196 Un revestimiento de cobre del pozo encerrado dentro de la cápsula interna de plutonio de grado armamentístico impidió la difusión del gas DT en el plutonio, una técnica probada por primera vez en Greenhouse Item . [8] : 258 El módulo ensamblado pesaba 1.840 lb (830 kg) y medía 30,5 pulgadas (770 mm) de ancho. Estaba ubicado en el extremo del dispositivo, que, como se ve en la película desclasificada, muestra un pequeño cono que sobresale de la caja balística. Este cono es la parte del paraboloide que se usaba para enfocar la radiación que emanaba del primario hacia el secundario. [10]
El dispositivo se llamó SHRIMP y tenía la misma configuración básica (implosión por radiación) que el dispositivo húmedo Ivy Mike , excepto que tenía un tipo diferente de combustible de fusión . SHRIMP usaba deuteruro de litio (LiD), que es sólido a temperatura ambiente; Ivy Mike usaba deuterio líquido criogénico (D 2 ), que requería un equipo de enfriamiento elaborado. Castle Bravo fue la primera prueba de los Estados Unidos de una bomba de fusión práctica , a pesar de que la TX-21 probada en el evento Bravo no estaba armada. La prueba exitosa dejó obsoleto el diseño criogénico usado por Ivy Mike y su derivado armado, el JUGHEAD , que estaba programado para ser probado como el Castle Yankee inicial. También usó una caja balística de aluminio 7075 de 3,7 pulgadas de espesor (9,5 cm) . Se utilizó aluminio para reducir drásticamente el peso de la bomba y al mismo tiempo proporcionar suficiente tiempo de confinamiento de la radiación para aumentar el rendimiento, un cambio con respecto a la pesada carcasa de acero inoxidable (304L o MIM 316L) empleada por otros proyectos de armas en ese momento. [8] : 54 : 237 [11]
El SHRIMP era, al menos en teoría y en muchos aspectos críticos, idéntico en geometría a los dispositivos RUNT y RUNT II, que luego se probaron en Castle Romeo y Castle Yankee respectivamente. Sobre el papel era una versión a menor escala de estos dispositivos, y sus orígenes se remontan a 1953. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos indicó la importancia de armas termonucleares más ligeras para su lanzamiento por el B-47 Stratojet y el B-58 Hustler . El Laboratorio Nacional de Los Álamos respondió a esta indicación con una versión enriquecida posterior del RUNT reducida a un sistema de implosión por radiación de escala 3/4 llamado SHRIMP . La reducción de peso propuesta (de las 42.000 libras (19.000 kg) del TX-17 a las 25.000 libras (11.000 kg) del TX-21) proporcionaría a la Fuerza Aérea una bomba de gravedad mucho más versátil . [8] : 237 La versión final probada en Castle utilizó litio parcialmente enriquecido como combustible de fusión. El litio natural es una mezcla de isótopos de litio-6 y litio-7 (con un 7,5% del primero). El litio enriquecido utilizado en Bravo era nominalmente un 40% de litio-6 (el resto era el mucho más común litio-7, que se suponía incorrectamente que era inerte). Los lingotes de combustible variaban en enriquecimiento de 37 a 40% en 6 Li, y los lingotes con menor enriquecimiento se colocaron al final de la cámara de combustible de fusión, lejos del primario. Los niveles más bajos de enriquecimiento de litio en los cartuchos de combustible, en comparación con el ALARM CLOCK y muchas armas de hidrógeno posteriores, se debieron a la escasez de litio enriquecido en ese momento, ya que la primera de las Plantas de Desarrollo de Aleaciones (ADP) comenzó la producción a fines de 1953. [12] : 208 El volumen de combustible LiD utilizado fue aproximadamente el 60% del volumen del relleno de combustible de fusión utilizado en los dispositivos SAUSAGE húmedo y RUNT I y II seco , o alrededor de 500 litros (110 gal imp; 130 gal EE. UU.), [Nota 3] correspondientes a aproximadamente 400 kg de deuteruro de litio (ya que LiD tiene una densidad de 0,78201 g/cm 3 ). [13] : 281 La mezcla costó alrededor de 4,54 USD/g en ese momento. La eficiencia de combustión de fusión estaba cerca del 25,1%, la eficiencia más alta alcanzada de la primera generación de armas termonucleares. Esta eficiencia está muy dentro de las cifras dadas en una declaración de noviembre de 1956, cuando un funcionario del Departamento de Defensa reveló que se habían probado dispositivos termonucleares con eficiencias que iban desde el 15% hasta aproximadamente el 40%. [8] : 39 Hans Bethe supuestamente declaró de forma independiente que la primera generación de armas termonucleares tenía eficiencias (de fusión) que variaban desde tan solo el 15% hasta aproximadamente el 25%.
La combustión termonuclear produciría (como el combustible de fisión en el primario) pulsaciones (generaciones) de neutrones de alta energía con una temperatura promedio de 14 MeV a través del ciclo de Jetter.
El ciclo Jetter es una combinación de reacciones en las que intervienen litio , deuterio y tritio . Consume litio-6 y deuterio, y en dos reacciones (con energías de 17,6 MeV y 4,8 MeV, mediadas por un neutrón y tritio) produce dos partículas alfa . [14]
La reacción produciría neutrones de alta energía con 14 MeV, y su neutronicidad se estimó en ≈0,885 (para un criterio de Lawson de ≈1,5).
Como SHRIMP , junto con el RUNT I y el ALARM CLOCK , iban a ser disparos de alto rendimiento necesarios para asegurar la " capacidad de emergencia " termonuclear , su combustible de fusión puede haber sido enriquecido con tritio adicional, en forma de 6 LiT. [12] : 236 Todos los neutrones de 14 MeV de alta energía causarían fisión en el manipulador de fusión de uranio envuelto alrededor del secundario y la varilla de plutonio de la bujía. Se esperaba que la relación de átomos de deuterio (y tritio) quemados por neutrones de 14 MeV generados por la combustión variara de 5:1 a 3:1, una estandarización derivada de Mike , [12] mientras que para estas estimaciones, la relación de 3:1 se utilizó predominantemente en ISRINEX. La neutronicidad de las reacciones de fusión aprovechadas por el manipulador de fusión aumentaría drásticamente el rendimiento del dispositivo.
Unido a la caja balística cilíndrica había un revestimiento de uranio natural, la caja de radiación, que tenía unos 2,5 cm de espesor. Su superficie interna estaba revestida con cobre de unos 240 μm de espesor, y hecha de una lámina de cobre de 0,08 μm de espesor, para aumentar el albedo general del hohlraum . [15] [16] [ 0,08 μm?? - verificación necesaria ] El cobre posee excelentes propiedades reflectantes, y su bajo coste, comparado con otros materiales reflectantes como el oro, lo hizo útil para armas de hidrógeno producidas en masa. El albedo del Hohlraum es un parámetro de diseño muy importante para cualquier configuración de confinamiento inercial. Un albedo relativamente alto permite un mayor acoplamiento entre etapas debido a los ángulos azimutales y latitudinales más favorables de la radiación reflejada. El valor límite del albedo para materiales de alto Z se alcanza cuando el espesor es de 5–10 g/cm 2 , o 0,5–1,0 caminos libres. Por lo tanto, un hohlraum hecho de uranio mucho más grueso que un camino libre de uranio sería innecesariamente pesado y costoso. Al mismo tiempo, la anisotropía angular aumenta a medida que se reduce el número atómico del material del dispersor. Por lo tanto, los revestimientos del hohlraum requieren el uso de cobre (o, como en otros dispositivos, oro o aluminio ), ya que la probabilidad de absorción aumenta con el valor de Z eff del dispersor. Hay dos fuentes de rayos X en el hohlraum: la irradiancia del primario, que es dominante al principio y durante el aumento del pulso; y la pared, que es importante durante la meseta de la temperatura de radiación requerida ( T r ). El primario emite radiación de manera similar a una bombilla de flash , y el secundario necesita T r constante para implosionar correctamente. [17] Esta temperatura de pared constante está determinada por los requisitos de presión de ablación para impulsar la compresión, que se encuentran en promedio en aproximadamente 0,4 keV (de un rango de 0,2 a 2 keV) [Nota 4] , lo que corresponde a varios millones de kelvin . La temperatura de la pared dependía de la temperatura del núcleo del primario , que alcanzó un máximo de aproximadamente 5,4 keV durante la fisión impulsada. [20] : 1–11 [18] : 9 La temperatura final de la pared, que corresponde a la energía de los rayos X irradiados por la pared al propulsor del secundario, también disminuye debido a las pérdidas del propio material del hohlraum. [15] [Nota 5] Uranio naturalLos clavos, revestidos hasta la parte superior de la cabeza con cobre, unían la caja de radiación a la caja balística. Los clavos se atornillaban en formaciones verticales en una configuración de doble cizallamiento para distribuir mejor las cargas de corte. Este método de unir la caja de radiación a la caja balística se utilizó por primera vez con éxito en el dispositivo Ivy Mike . La caja de radiación tenía un extremo parabólico, que albergaba el COBRA primario que se empleaba para crear las condiciones necesarias para iniciar la reacción de fusión, y su otro extremo era un cilindro , como también se ve en la película desclasificada de Bravo.
El espacio entre el manipulador de fusión de uranio , [Nota 6] y la caja formaba un canal de radiación para conducir rayos X desde el conjunto primario al secundario; la etapa intermedia. Es uno de los secretos mejor guardados de un arma termonuclear multietapa. La implosión del conjunto secundario se impulsa indirectamente, y las técnicas utilizadas en la etapa intermedia para suavizar el perfil espacial (es decir, reducir la coherencia y las no uniformidades) de la irradiancia del primario son de suma importancia. Esto se hizo con la introducción del relleno de canal , un elemento óptico utilizado como medio refractivo, [21] : 279 también encontrado como placa de fase aleatoria en los conjuntos láser ICF. Este medio era un relleno de espuma plástica de poliestireno, extruido o impregnado con un hidrocarburo de bajo peso molecular (posiblemente gas metano), que se convertía en un plasma de bajo Z a partir de los rayos X, y junto con la canalización de la radiación modulaba el frente de ablación en las superficies de alto Z; "apisonó" [Nota 7] el efecto de chisporroteo que de otra manera "ahogaría" la radiación al comprimir el secundario. [Nota 8] Los rayos X reemitidos desde la caja de radiación deben depositarse uniformemente en las paredes externas del apisonador del secundario y ablacionarlo externamente, impulsando la cápsula de combustible termonuclear (incrementando la densidad y temperatura del combustible de fusión) hasta el punto necesario para sostener una reacción termonuclear. [23] : 438–454 (ver Diseño de armas nucleares ). Este punto está por encima del umbral donde el combustible de fusión se volvería opaco a su radiación emisora, como se determina a partir de su opacidad de Rosseland , lo que significa que la energía generada equilibra la energía perdida en las proximidades del combustible (como radiación, pérdidas de partículas). Después de todo, para que cualquier sistema de armas de hidrógeno funcione, este equilibrio energético debe mantenerse a través del equilibrio de compresión entre el apisonador de fusión y la bujía (ver más abajo), de ahí su nombre de supers de equilibrio . [24] : 185
Como el proceso de ablación tiene lugar en ambas paredes del canal de radiación, una estimación numérica realizada con ISRINEX (un programa de simulación de explosiones termonucleares) sugirió que el tamper de uranio también tenía un espesor de 2,5 cm, de modo que se aplicaría una presión igual a ambas paredes del hohlraum . El efecto cohete sobre la superficie de la pared del tamper creado por la ablación de sus varias capas superficiales obligaría a una masa igual de uranio que descansaba en el resto del tamper a acelerar hacia adentro, implosionando así el núcleo termonuclear. Al mismo tiempo, el efecto cohete sobre la superficie del hohlraum obligaría a la caja de radiación a acelerar hacia afuera. La caja balística confinaría la caja de radiación en explosión durante el tiempo que fuera necesario. El hecho de que el material del tamper fuera uranio enriquecido en 235 U se basa principalmente en los fragmentos finales de la reacción de fisión detectados en el análisis radioquímico, que mostraron de manera concluyente la presencia de 237 U, encontrado por los japoneses en los restos de los disparos. [25] : 282 Las armas termonucleares de primera generación (MK-14, 16, 17, 21, 22 y 24) utilizaban uranio enriquecido al 37,5% 235 U. [25] : 16 La excepción a esto fue el MK-15 ZOMBIE que utilizó una camisa de fisión enriquecida al 93,5%.
El conjunto secundario era el componente SHRIMP real del arma. El arma, como la mayoría de las armas termonucleares contemporáneas en ese momento, tenía el mismo nombre en código que el componente secundario. El secundario estaba situado en el extremo cilíndrico del dispositivo, donde su extremo estaba fijado a la caja de radiación por un tipo de unión de mortaja y espiga . El hohlraum en su extremo cilíndrico tenía una proyección interna, que anidaba al secundario y tenía una mejor resistencia estructural para soportar el conjunto del secundario, que tenía la mayor parte de la masa del dispositivo. Una visualización de esto es que la junta se parecía mucho a una tapa (el secundario) encajada en un cono (la proyección de la caja de radiación). Cualquier otra estructura de soporte importante interferiría en la transferencia de radiación del primario al secundario y en el comportamiento vibratorio complejo. Con esta forma de junta soportando la mayoría de las cargas estructurales del secundario, este último y el conjunto hohlraum-caja balística se comportaban como una sola masa que compartía modos propios comunes. Para reducir la carga excesiva de la junta, especialmente durante el despliegue del arma, la sección delantera del secundario (es decir, el escudo térmico/protector de calor) se ancló a la caja de radiación mediante un conjunto de cables delgados, que también alineaban la línea central del secundario con el primario, ya que disminuían las cargas de flexión y torsión en el secundario, otra técnica adoptada del SAUSAGE . [23] : 438–454 El conjunto secundario era un cono truncado alargado. Desde su parte delantera (excluyendo el escudo térmico/protector de calor) hasta su sección trasera estaba abruptamente cónico. El cónico se utilizó por dos razones. Primero, la radiación cae por el cuadrado de la distancia, por lo tanto, el acoplamiento de radiación es relativamente pobre en las secciones más traseras del secundario. Esto hizo que el uso de una mayor masa del entonces escaso combustible de fusión en el extremo trasero del conjunto secundario fuera ineficaz y el diseño general un desperdicio. Esta fue también la razón por la que los trozos de combustible de fusión menos enriquecidos se colocaron muy a popa de la cápsula de combustible. En segundo lugar, como el primario no podía iluminar toda la superficie del hohlraum, en parte debido a la gran longitud axial del secundario, sería eficaz utilizar ángulos sólidos relativamente pequeños para comprimir el secundario, lo que provocaría un enfoque deficiente de la radiación. Al estrechar el secundario, el hohlraum podría tener la forma de un cilindro en su sección posterior, lo que evitaría la necesidad de mecanizar la caja de radiación en forma de parábola en ambos extremos. Esto optimizó el enfoque de la radiación y permitió una línea de producción optimizada, ya que era más barato, rápido y fácil fabricar una caja de radiación con un solo extremo parabólico. El estrechamiento en este diseño era mucho más pronunciado que el de sus primos, el RUNT y los dispositivos ALARM CLOCK .El estrechamiento y su montaje en el hohlraum aparentemente hicieron que todo el conjunto secundario se pareciera al cuerpo de un camarón . La longitud del secundario está definida por los dos pares de tubos de diagnóstico de color oscuro conectados a la sección media e izquierda del dispositivo. [Nota 9] Estas secciones de tubo eran de 8+Los tubos de espejos tenían un diámetro de 220 mm y una longitud de 12 m, y estaban soldados a tope de extremo a extremo a la caja balística que conducía a la parte superior de la cabina de disparo. Llevarían la luz de la reacción inicial hasta el conjunto de 12 torres de espejos construidas en un arco sobre la isla de disparo artificial de 0,40 ha creada para el evento. Desde esas tuberías, los espejos reflejarían la luz de las primeras bombas desde la carcasa de la bomba hasta una serie de cámaras remotas de alta velocidad, de modo que Los Alamos pudiera determinar tanto la simultaneidad del diseño (es decir, el intervalo de tiempo entre el disparo de la bomba primaria y la ignición de la secundaria) como la tasa de combustión termonuclear en estas dos áreas cruciales del dispositivo secundario. [8] : 63 : 229
Este dispositivo de ensamblaje secundario contenía el combustible de fusión de deuteruro de litio en un recipiente de acero inoxidable. En el centro del secundario se extendía una varilla cilíndrica hueca de plutonio de 1,3 cm de espesor , anidada en el recipiente de acero. Esta era la bujía , un dispositivo de fisión potenciado con tritio. Estaba ensamblado por anillos de plutonio y tenía un volumen hueco en su interior que medía aproximadamente 0,5 cm de diámetro. Este volumen central estaba revestido de cobre, que, al igual que el revestimiento del núcleo fisible del primario, impedía la difusión del gas DT en el plutonio. La carga de refuerzo de la bujía contenía unos 4 gramos de tritio y, al implosionar junto con la compresión del secundario, estaba programada para detonar por las primeras generaciones de neutrones que llegaban del primario. El momento de la explosión se definió por las características geométricas de la bujía (su radio anular sin comprimir), que detonó cuando su criticidad, o k eff , trascendió 1. Su propósito era comprimir el material de fusión a su alrededor desde su interior, aplicando presión de manera igualitaria con el pisón. El factor de compresión del combustible de fusión y su energía de compresión adiabática determinaron la energía mínima requerida para que la bujía contrarrestara la compresión del combustible de fusión y el momento del pisón. La bujía pesaba unos 18 kg y su encendido inicial produjo 0,6 kilotones de TNT (2,5 TJ). Luego sería completamente fisionada por los neutrones de fusión, contribuyendo con alrededor de 330 kilotones de TNT (1.400 TJ) al rendimiento total. La energía requerida por la bujía para contrarrestar la compresión del combustible de fusión fue menor que el rendimiento del primario porque el acoplamiento de la energía del primario en el hohlraum está acompañado de pérdidas debido a la diferencia entre la bola de fuego de rayos X y las temperaturas del hohlraum. [18] Los neutrones entraron en el conjunto por un pequeño orificio [Nota 10] a través del escudo térmico de 238 U de unos 28 cm de espesor. Estaba situado delante del conjunto secundario, de cara al primario. De forma similar al conjunto de cápsula de fusión y manipulación, el escudo tenía forma de un tronco circular, con su diámetro pequeño de cara al lado del primario y con su diámetro grande trabado mediante un tipo de unión de mortaja y espiga al resto del conjunto secundario. El conjunto escudo-manipulador puede visualizarse como un bitruco circular . Todas las partes del manipulador estaban trabadas de forma similar para proporcionar soporte estructural y rigidez al conjunto secundario. Alrededor del conjunto de combustible de fusión-bujía estaba el manipulador de uranio con un espacio de aire separador de unos 0,9 cm de ancho que debía aumentar el impulso del manipulador, una técnica de levitación utilizada ya en la Operación Sandstone. y descrito por el físico Ted Taylor como un impacto de martillo sobre el clavo . Dado que también existían preocupaciones técnicas de que el material de manipulación de alto Z se mezclaría rápidamente con el combustible de fusión de densidad relativamente baja, lo que provocaría pérdidas de radiación inaceptablemente grandes, el espacio de separación también actuó como un amortiguador para mitigar la inevitable e indeseable mezcla de Taylor .
El boro se utilizó en muchos lugares de este sistema seco; tiene una sección transversal alta para la absorción de neutrones lentos, que fisionan 235 U y 239 Pu, pero una sección transversal baja para la absorción de neutrones rápidos, que fisionan 238 U. Debido a esta característica, el 10 B depositado sobre la superficie de la etapa secundaria evitaría la predetonación de la bujía por neutrones errantes de la etapa primaria sin interferir con la fisión posterior del 238 U del tamper de fusión que envuelve la etapa secundaria. El boro también jugó un papel en el aumento de la presión de plasma compresiva alrededor de la etapa secundaria al bloquear el efecto de pulverización catódica, lo que conduce a una mayor eficiencia termonuclear. Debido a que la espuma estructural que mantiene la etapa secundaria en su lugar dentro de la carcasa estaba dopada con 10 B, [8] : 179 la etapa secundaria se comprimió más altamente, a costa de algunos neutrones radiados. (El dispositivo Castle Koon MORGENSTERN no utilizó 10 B en su diseño; como resultado, el intenso flujo de neutrones de su primario RACER IV predetonó la bujía de fisión esférica, que a su vez "cocinó" el combustible de fusión, lo que llevó a una mala compresión general. [8] : 317 ) El bajo peso molecular del plástico no puede implosionar la masa del secundario. Su presión de plasma está confinada en las secciones hervidas del pisón y la caja de radiación, de modo que el material de ninguna de estas dos paredes puede ingresar al canal de radiación que tiene que estar abierto para el tránsito de la radiación. [12]
El dispositivo se instaló en una "cabina de lanzamiento" en una isla artificial construida sobre un arrecife frente a la isla de Namu, en el atolón de Bikini . Se apuntó a él una serie considerable de instrumentos de diagnóstico, incluidas cámaras de alta velocidad enfocadas a través de un arco de torres de espejos alrededor de la cabina de lanzamiento.
La detonación tuvo lugar a las 06:45 del 1 de marzo de 1954, hora local (18:45 del 28 de febrero GMT ). [3]
Cuando el Bravo detonó, en un segundo formó una bola de fuego de casi 4,5 millas (7,2 km) de diámetro. Esta bola de fuego fue visible en el atolón de Kwajalein a más de 250 millas (400 km) de distancia. La explosión dejó un cráter de 6.500 pies (2.000 m) de diámetro y 250 pies (76 m) de profundidad. La nube en forma de hongo alcanzó una altura de 47.000 pies (14.000 m) y un diámetro de 7 millas (11 km) en aproximadamente un minuto, una altura de 130.000 pies (40 km) y 62 millas (100 km) de diámetro en menos de 10 minutos y se expandía a más de 160 metros por segundo (580 km/h; 360 mph). Como resultado de la explosión, la nube contaminó más de 7.000 millas cuadradas (18.000 km 2 ) del Océano Pacífico circundante, incluidas algunas de las pequeñas islas circundantes como Rongerik , Rongelap y Utirik . [31]
En términos de energía liberada (generalmente medida en equivalencia de TNT ), Castle Bravo fue aproximadamente 1.000 veces más potente que la bomba atómica lanzada sobre Hiroshima durante la Segunda Guerra Mundial . Castle Bravo es la sexta explosión nuclear más grande de la historia, superada por las pruebas soviéticas de Tsar Bomba con aproximadamente 50 Mt, Test 219 con 24,2 Mt y otras tres pruebas soviéticas ( Test 147 , Test 173 y Test 174 ) de ≈20 Mt en 1962 en Novaya Zemlya .
El rendimiento de 15 (± 5) Mt [32] fue el triple del de 5 Mt predicho por sus diseñadores. [3] [23] : 541 La causa del mayor rendimiento fue un error cometido por los diseñadores del dispositivo en el Laboratorio Nacional de Los Álamos . Consideraron que solo el isótopo litio-6 en el deuteruro de litio secundario era reactivo; se supuso que el isótopo litio-7, que representa el 60% del contenido de litio, era inerte. [23] : 541 Se esperaba que el isótopo litio-6 absorbiera un neutrón del plutonio fisionante y emitiera una partícula alfa y tritio en el proceso, del cual este último se fusionaría con el deuterio y aumentaría el rendimiento de la manera prevista. El litio-6 de hecho reaccionó de esta manera.
Se suponía que el litio-7 absorbería un neutrón, produciendo litio-8, que se desintegra (a través de la desintegración beta en berilio-8 ) en un par de partículas alfa en una escala de tiempo de casi un segundo, mucho más larga que la escala de tiempo de la detonación nuclear. [33] Sin embargo, cuando el litio-7 es bombardeado con neutrones energéticos con una energía mayor a 2,47 MeV, en lugar de simplemente absorber un neutrón, sufre una fisión nuclear en una partícula alfa, un núcleo de tritio y otro neutrón. [33] Como resultado, se produjo mucho más tritio de lo esperado, el tritio adicional se fusionó con deuterio y produjo un neutrón adicional. El neutrón adicional producido por la fusión y el neutrón adicional liberado directamente por la desintegración del litio-7 produjeron un flujo de neutrones mucho mayor . El resultado fue una fisión mucho mayor del tamper de uranio y un mayor rendimiento. [33]
En resumen, las reacciones que involucran litio-6 dan como resultado una combinación de las dos reacciones netas siguientes:
Pero cuando está presente el litio-7, también se producen algunas cantidades de las dos reacciones netas siguientes:
Este combustible adicional resultante (tanto litio-6 como litio-7) contribuyó en gran medida a las reacciones de fusión y a la producción de neutrones y, de esta manera, aumentó en gran medida la potencia explosiva del dispositivo. La prueba utilizó litio con un alto porcentaje de litio-7 solo porque el litio-6 era escaso y caro en ese momento; la prueba posterior de Castle Union utilizó litio-6 casi puro. Si hubiera habido suficiente litio-6 disponible, tal vez no se hubiera descubierto la utilidad del litio-7 común. [ cita requerida ]
El rendimiento inesperadamente alto del dispositivo dañó gravemente muchos de los edificios permanentes de la isla del sitio de control en el otro lado del atolón. Se recogieron pocos de los datos de diagnóstico deseados sobre el disparo; muchos instrumentos diseñados para transmitir sus datos antes de ser destruidos por la explosión se evaporaron instantáneamente, mientras que la mayoría de los instrumentos que se esperaba recuperar para la recuperación de datos fueron destruidos por la explosión.
En un evento inesperado adicional, aunque de mucha menor consecuencia, los rayos X que viajaban a través de las tuberías de línea de visión (LOS) causaron una segunda y pequeña bola de fuego en la Estación 1200 con una potencia de 1 kilotón de TNT (4,2 TJ).
Las reacciones de fisión del apisonador de uranio natural fueron bastante sucias y produjeron una gran cantidad de precipitación radiactiva . Eso, combinado con un rendimiento mayor al esperado y un importante cambio de dirección del viento, produjo consecuencias muy graves para quienes se encontraban en el rango de precipitación radiactiva. En la película desclasificada Operation Castle , el comandante del grupo de trabajo, el general Percy Clarkson, señaló un diagrama que indicaba que el cambio de dirección del viento todavía se encontraba en el rango de "precipitación radiactiva aceptable", aunque apenas.
La decisión de llevar a cabo la prueba Bravo bajo los vientos predominantes fue tomada por el Dr. Alvin C. Graves , el Director Científico de la Operación Castle. Graves tenía autoridad total sobre la detonación del arma, por encima de la del comandante militar de la Operación Castle. Graves aparece en la película ampliamente disponible de la prueba anterior de 1952 "Ivy Mike", que examina las decisiones de último minuto sobre la lluvia radiactiva. El narrador, el actor de western Reed Hadley , es filmado a bordo de la nave de control en esa película, mostrando la conferencia final. Hadley señala que 20.000 personas viven en el área potencial de la lluvia radiactiva. Le pregunta al científico del panel de control si la prueba puede ser abortada y le dicen "sí", pero arruinaría todos sus preparativos para configurar los instrumentos de medición cronometrados. En Mike, la lluvia radiactiva cayó correctamente al norte del área habitada pero, en la prueba Bravo de 1954, hubo una gran cantidad de cizalladura del viento , y el viento que soplaba hacia el norte el día antes de la prueba viró constantemente hacia el este.
La lluvia radiactiva se extendió hacia el este sobre los atolones habitados de Rongelap y Rongerik , que fueron evacuados [37] 48 horas después de la detonación. [38] En 1957, la Comisión de Energía Atómica consideró que Rongelap era seguro para regresar y permitió que 82 habitantes regresaran a la isla. A su regreso, descubrieron que sus alimentos básicos anteriores , incluido el arrurruz , el makmok y el pescado, habían desaparecido o habían provocado diversas enfermedades a los residentes, [39] y fueron expulsados de nuevo. [40] Finalmente, 15 islas y atolones fueron contaminados y, en 1963, los nativos de las Islas Marshall comenzaron a sufrir tumores de tiroides, incluidos 20 de los 29 niños de Rongelap en el momento de Bravo, y se informaron muchos defectos de nacimiento . [ cita médica requerida ] Los isleños recibieron una compensación del gobierno de los EE. UU., en relación con la cantidad de contaminación que recibieron, a partir de 1956; En 1995, el Tribunal de Reclamaciones Nucleares informó que había concedido 43,2 millones de dólares, casi la totalidad de su fondo, a 1.196 demandantes por 1.311 enfermedades. [38] Un estudio médico, llamado Proyecto 4.1 , estudió los efectos de la lluvia radiactiva en los isleños. [38]
Aunque la columna de radiación atmosférica se desplazó hacia el este, una vez que llegó al agua fue transportada en varias direcciones por las corrientes oceánicas, incluidas las del noroeste y el suroeste. [41]
Un barco pesquero japonés, Daigo Fukuryū Maru (Lucky Dragon No. 5), entró en contacto directo con la lluvia radiactiva, lo que provocó que muchos de los tripulantes enfermaran debido a la radiación. Un miembro murió de una infección secundaria seis meses después tras una exposición aguda a la radiación, y otro tuvo un hijo que nació muerto y deforme. [42] Esto dio lugar a un incidente internacional y reavivó las preocupaciones japonesas sobre la radiación, especialmente porque los ciudadanos japoneses se vieron una vez más afectados negativamente por las armas nucleares estadounidenses. [23] : 542 La posición oficial de Estados Unidos había sido que el aumento de la potencia de las bombas atómicas no estuvo acompañado de un crecimiento equivalente de la radiactividad liberada, y negaron que la tripulación se viera afectada por la lluvia radiactiva. [42] Los científicos japoneses que habían recopilado datos del barco pesquero no estaban de acuerdo con esto.
Sir Joseph Rotblat , que trabajaba en el Hospital St Bartholomew de Londres, demostró que la contaminación causada por la lluvia radiactiva de la prueba fue mucho mayor que la declarada oficialmente. Rotblat dedujo que la bomba tenía tres etapas y demostró que la fase de fisión al final de la explosión aumentó la cantidad de radiactividad mil veces. El artículo de Rotblat fue recogido por los medios de comunicación, y la protesta en Japón alcanzó tal nivel que las relaciones diplomáticas se tensaron y el incidente fue incluso calificado por algunos como un "segundo Hiroshima". [43] Sin embargo, los gobiernos japonés y estadounidense llegaron rápidamente a un acuerdo político, con la transferencia a Japón de $ 15,3 millones como compensación, [44] y las víctimas sobrevivientes recibieron alrededor de ¥ 2 millones cada uno ($ 5.550 en 1954, o alrededor de $ 63.000 en 2024). [45] También se acordó que las víctimas no recibirían el estatus de Hibakusha .
En 2016, 45 pescadores japoneses de otros barcos demandaron a su gobierno por no revelar los registros sobre su exposición a la radiación radiactiva de la Operación Castle. Los registros publicados en 2014 reconocen que las tripulaciones de 10 barcos estuvieron expuestas, pero a niveles perjudiciales para la salud. [46] En 2018, la demanda fue rechazada por el Tribunal de Distrito de Kochi, que reconoció la exposición de los pescadores a la radiación, pero no pudo "concluir que el estado renunciara persistentemente a brindar apoyo y realizar encuestas de salud para ocultar la exposición a la radiación". [47]
La lluvia radiactiva inesperada y la radiación emitida por ella también afectaron a muchos de los buques y el personal involucrado en la prueba, en algunos casos obligándolos a permanecer en búnkeres durante varias horas. [48] A diferencia de la tripulación del Lucky Dragon No. 5 , que no anticipó el peligro y, por lo tanto, no se refugió en la bodega de su barco ni se abstuvo de inhalar el polvo de la lluvia radiactiva, [49] el equipo de disparo que desencadenó la explosión se refugió de manera segura en su puesto de disparo cuando notaron que el viento transportaba la lluvia radiactiva en la dirección inesperada hacia la isla de Enyu en el atolón Bikini donde se encontraban, y el equipo de bomberos se refugió en el lugar ("abrocharse los botones") durante varias horas hasta que la radiación exterior decayó a niveles más seguros. "25 roentgens por hora" se registró sobre el búnker. [48] [50]
El petrolero de la Armada estadounidense USS Patapsco se encontraba en el atolón Enewetak a finales de febrero de 1954. El Patapsco carecía de un sistema de lavado de descontaminación, por lo que el 27 de febrero se le ordenó regresar a Pearl Harbor a la mayor velocidad posible. [51] Una avería en los sistemas de su motor, concretamente una camisa de cilindro agrietada, redujo la velocidad del Patapsco a un tercio de su velocidad máxima, y cuando se produjo la detonación del Castle Bravo, todavía se encontraba a unas 180 a 195 millas náuticas al este de Bikini. [51] El Patapsco se encontraba en el rango de alcance de la lluvia radiactiva, que comenzó a caer sobre el barco a media tarde del 2 de marzo. En ese momento, el Patapsco se encontraba a entre 565 y 586 millas náuticas de la zona cero. Al principio se pensó que la lluvia radiactiva era inofensiva y no había detectores de radiación a bordo, por lo que no se tomaron medidas de descontaminación. Las mediciones tomadas después de que Patapsco regresara a Pearl Harbor sugirieron un rango de exposición de 0,18 a 0,62 R/h . [51] Las estimaciones de exposición total varían de 3,3 R a 18 R de radiación de cuerpo entero, teniendo en cuenta los efectos del lavado natural de la lluvia y las variaciones entre la exposición sobre y debajo de la cubierta. [51]
La lluvia radiactiva esparció rastros de material radiactivo hasta Australia, India y Japón, e incluso Estados Unidos y partes de Europa. Aunque se organizó como una prueba secreta, Castle Bravo rápidamente se convirtió en un incidente internacional, lo que provocó pedidos de prohibición de las pruebas atmosféricas de dispositivos termonucleares. [52]
Se estableció una red mundial de estaciones de película adhesiva para monitorear la lluvia radiactiva después de la Operación Castle. Aunque los datos meteorológicos fueron deficientes, fue evidente una conexión general de los patrones de flujo troposférico con la lluvia radiactiva observada. Hubo una tendencia a que la lluvia radiactiva/escombros permaneciera en latitudes tropicales , con incursiones en las regiones templadas asociadas con perturbaciones meteorológicas del flujo predominantemente zonal. Fuera de los trópicos , el suroeste de los Estados Unidos recibió la mayor lluvia radiactiva total, aproximadamente cinco veces la recibida en Japón. [53]
Las partículas de estroncio-90 precipitadas a la estratosfera durante la prueba fueron capturadas posteriormente con filtros de aire transportados por globos utilizados para tomar muestras del aire a altitudes estratosféricas; la investigación (Proyecto Ashcan) se llevó a cabo para comprender mejor los tiempos de estratosfera y de precipitación, y llegar a modelos meteorológicos más precisos después de realizar predicciones retrospectivas . [54]
Las consecuencias de las pruebas de Castle Bravo y otras realizadas en el atolón también afectaron a los isleños que habían habitado el atolón anteriormente y que regresaron allí algún tiempo después de las pruebas. Esto se debió a la presencia de cesio-137 radiactivo en la leche de coco cultivada localmente. Las plantas y los árboles absorben potasio como parte del proceso biológico normal, pero también absorben fácilmente el cesio si está presente, ya que pertenecen al mismo grupo en la tabla periódica y, por lo tanto, son muy similares químicamente. [55] Se descubrió que los isleños que consumieron leche de coco contaminada tenían concentraciones anormalmente altas de cesio en sus cuerpos, por lo que tuvieron que ser evacuados del atolón por segunda vez.
La revista estadounidense Consumer Reports alertó de la contaminación de la leche con estroncio-90. [56]
La Unión Soviética ya había utilizado deuteruro de litio en su diseño Sloika (conocido como " Joe-4 " en los EE. UU.) en 1953. No era una verdadera bomba de hidrógeno; la fusión proporcionaba solo entre el 15 y el 20 % de su rendimiento, la mayor parte proveniente de reacciones de fisión potenciadas . Su rendimiento era de 400 kilotones y no podía escalarse infinitamente, como en el caso de un verdadero dispositivo termonuclear.
El dispositivo "Ivy Mike", con base en Teller-Ulam, tuvo un rendimiento mucho mayor, 10,4 Mt , pero la mayor parte de este también provino de la fisión: el 77% del total provino de la fisión rápida de su componente de uranio natural.
El Castle Bravo tuvo el mayor rendimiento de cualquier prueba nuclear estadounidense, 15 Mt, aunque nuevamente, una fracción sustancial provino de la fisión. En el diseño de Teller-Ulam, las etapas de fisión y fusión se mantuvieron físicamente separadas en una cavidad reflectante. La radiación de la etapa primaria de fisión en explosión llevó el combustible de la etapa secundaria de fusión a una densidad y presión críticas, lo que desencadenó reacciones termonucleares (de fusión) en cadena, que a su vez desencadenaron una fisión terciaria del manipulador de fusión de 238 U y la carcasa de la bomba. En consecuencia, este tipo de bomba también se conoce como un dispositivo de "fisión-fusión-fisión". Los investigadores soviéticos, dirigidos por Andrei Sakharov , desarrollaron y probaron su primer dispositivo Teller-Ulam en 1955.
La publicación del análisis de la lluvia radiactiva del Bravo fue un tema militarmente delicado, y Joseph Rotblat posiblemente dedujo la naturaleza escalonada del dispositivo Castle Bravo al estudiar la proporción y presencia de isótopos reveladores, a saber, el uranio-237 , presente en la lluvia radiactiva. [57] Esta información podría revelar potencialmente los medios por los cuales los dispositivos nucleares de rendimiento de megatones logran su rendimiento. [58] El científico soviético Andrei Sakharov tuvo lo que la Unión Soviética consideró como la " tercera idea de Sakharov " durante el mes posterior a la prueba de Castle Bravo, siendo la pieza final del rompecabezas la idea de que la compresión del secundario puede lograrse mediante los rayos X del primario antes de que comenzara la fusión.
El diseño del dispositivo Shrimp evolucionó posteriormente hasta convertirse en la bomba nuclear Mark 21 , de la que se produjeron 275 unidades, con un peso de 17.600 libras (8.000 kg) y unas medidas de 12,5 pies (3,8 m) de largo y 58 pulgadas (1,5 m) de diámetro. Esta bomba de 18 megatones se fabricó hasta julio de 1956. [59] En 1957, se convirtió en la bomba nuclear Mark 36 y entró de nuevo en producción.
Tras la prueba, el Departamento de Energía de los Estados Unidos estimó que 253 habitantes de las Islas Marshall se vieron afectados por la lluvia radiactiva. [60] Esta única prueba expuso a las poblaciones circundantes a distintos niveles de radiación. Los niveles de lluvia radiactiva atribuidos a la prueba de Castle Bravo son los más altos de la historia. [61] [ verificación fallida ] Las poblaciones vecinas al lugar de la prueba estuvieron expuestas a altos niveles de radiación, lo que provocó una leve enfermedad por radiación en muchas personas (náuseas, vómitos, diarrea). La inesperada fuerza de la detonación, combinada con los patrones cambiantes del viento, envió parte de la lluvia radiactiva sobre los atolones habitados de Rongelap y Utrik . En 52 horas, las 86 personas de Rongelap y las 167 de Utrik fueron evacuadas a Kwajalein para recibir atención médica. [62] Varias semanas después, muchas personas comenzaron a sufrir alopecia (pérdida de cabello) y lesiones en la piel también. [63]
La exposición a la radiación radiactiva se ha relacionado con un aumento de la probabilidad de varios tipos de cáncer, como la leucemia y el cáncer de tiroides . [64] [65] La relación entre los niveles de yodo-131 y el cáncer de tiroides aún se está investigando. También existen correlaciones entre los niveles de exposición a la radiación radiactiva y enfermedades como la enfermedad de la tiroides, como el hipotiroidismo . Las poblaciones de las Islas Marshall que recibieron una exposición significativa a los radionucleidos tienen un riesgo mucho mayor de desarrollar cáncer. [65]
Se presume una asociación entre los niveles de radiación y el funcionamiento del sistema reproductor femenino. [66]
La detonación del Castle Bravo y el posterior envenenamiento de la tripulación a bordo del Daigo Fukuryū Maru provocaron un aumento de las protestas antinucleares en Japón. Se comparó con los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki , y la prueba del Castle Bravo fue frecuentemente parte de las tramas de numerosos medios japoneses, especialmente en relación con el ícono mediático más reconocido de Japón, Godzilla . [67] En la película de 2019 Godzilla: King of the Monsters , Castle Bravo se convierte en el indicativo de llamada de Monarch Outpost 54 ubicado en el océano Atlántico, cerca de Bermudas . [ cita requerida ]
La canción "Memorabilia" de Donald Fagen de su álbum de 2012 Sunken Condos menciona las pruebas nucleares de Castle Bravo e Ivy King . [68]
En 2013, la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa publicó Castle Bravo: Fifty Years of Legend and Lore . [36] El informe es una guía sobre las exposiciones a la radiación fuera del sitio, una historia narrativa y una guía de referencias históricas primarias relacionadas con la prueba de Castle Bravo. [36] El informe se centra en las circunstancias que resultaron en la exposición radiactiva de los atolones deshabitados y no intenta abordar en detalle los efectos en el atolón Bikini o sus alrededores. [36]
El gobierno y el pueblo japoneses lo denominaron "una segunda Hiroshima" y casi provocó la ruptura de las relaciones diplomáticas.
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