Castle Bravo fue la primera de una serie de pruebas de diseño de armas termonucleares de alto rendimiento realizadas por 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 con el diseño Teller-Ulam . [1] [2] El rendimiento de Castle Bravo fue de 15 megatoneladas de TNT (63 PJ ), 2,5 veces los 6 megatoneladas de TNT (25 PJ) previstos, debido a reacciones adicionales imprevistas que involucraron litio-7 , [3] que llevaron a la contaminación radiactiva. en los alrededores. [4]
La lluvia radiactiva , la más pesada de las cuales fue en forma de coral superficial pulverizado por 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 no fueron evacuados hasta tres días después y sufrieron enfermedades por radiación . Veintitrés miembros de la tripulación del barco pesquero japonés Daigo Fukuryū Maru ("Lucky Dragon No. 5") también resultaron contaminados por las fuertes lluvias y sufrieron un síndrome de radiación agudo , incluida la muerte seis meses después de Kuboyama Aikichi, el operador de radio jefe del barco. La explosión provocó una fuerte reacción internacional por las pruebas termonucleares atmosféricas. [5]
El cráter Bravo está ubicado en 11°41′50″N 165°16′19″E / 11.69722°N 165.27194°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°N 165.28528°E / 11.70167; 165.28528 .
El dispositivo Castle Bravo estaba alojado en un cilindro que pesaba 23.500 libras (10,7 t) y medía 179,5 pulgadas (456 cm) de largo y 53,9 pulgadas (137 cm) de diámetro. [3]
El dispositivo principal era una bomba atómica COBRA impulsada por gas deuterio-tritio fabricada por el Laboratorio Científico de Los Alamos , un dispositivo MK 7 muy compacto. Este dispositivo de fisión potenciado se probó en el evento Upshot Knothole Climax y produjo 61 kilotones de TNT (260 TJ) (de un rango de rendimiento esperado de 50 a 70 kt). Se consideró lo suficientemente exitosa como para cancelar la serie de operaciones Domino planificadas, diseñadas para explorar la misma cuestión sobre una primaria adecuada para bombas termonucleares. [7] : 197 El sistema de implosión era bastante liviano, 410 kg (900 lb), porque eliminó la carcasa del empujador de aluminio alrededor del támper [Nota 1] y usó lentes de anillo más compactos, [Nota 2] una característica de diseño compartida con los diseños Mark 5, 12, 13 y 18. El material explosivo de las cargas internas del MK 7 se cambió por el más potente Cyclotol 75/25, en lugar de la Composición B utilizada en la mayoría de las bombas almacenadas en ese momento, ya que el Cyclotol 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 (proporcionó un 13 por ciento más de energía de compresión que Comp B). [8] : 86 : 91 El núcleo COBRA compuesto de uranio-plutonio 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. [7] : 196 Un revestimiento de cobre encerrado dentro de la cápsula interna de plutonio apto para armas evitó la difusión del gas DT en el plutonio, una técnica probada por primera vez en Greenhouse Item . [7] : 258 El módulo ensamblado pesaba 830 kg (1840 lb) y medía 770 mm (30,5 pulgadas) de ancho. Estaba ubicado en el extremo del dispositivo, que, como se ve en la película desclasificada, muestra un pequeño cono que sobresale del estuche balístico. Este cono es la parte del paraboloide que se utilizaba para enfocar la radiación que emana del primario hacia el secundario. [9]
El dispositivo se llamaba SHRIMP y tenía la misma configuración básica (implosión de radiación) que el dispositivo húmedo Ivy Mike , excepto con un tipo diferente de combustible de fusión . SHRIMP utilizó deuteruro de litio (LiD), que es sólido a temperatura ambiente; Ivy Mike utilizó deuterio líquido criogénico (D 2 ), que requirió un elaborado equipo de enfriamiento. Castle Bravo fue la primera prueba realizada por los Estados Unidos de una bomba de fusión entregable práctica , a pesar de que el TX-21, como se probó en el evento Bravo, no estaba armado. La prueba exitosa dejó obsoleto el diseño criogénico utilizado por Ivy Mike y su derivado armado, el JUGHEAD , que estaba programado para ser probado como el Castle Yankee inicial . También utilizó una carcasa balística de aluminio 7075 de 9,5 cm de espesor. Se utilizó aluminio para reducir drásticamente el peso de la bomba y, al mismo tiempo, proporcionó suficiente tiempo de confinamiento de la radiación para aumentar el rendimiento, una desviación de la pesada carcasa de acero inoxidable (304L o MIM 316L) empleada en los proyectos de armas contemporáneos. [7] : 54 : 237 [10]
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 se trataba de una versión reducida de estos dispositivos, y sus orígenes se remontan a la primavera y el verano de 1953. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos señaló la importancia de armas termonucleares más ligeras para ser lanzadas por los B-47 Stratojet y B. -58 Estafador . El Laboratorio Nacional de Los Álamos respondió a esta indicación con una versión enriquecida de seguimiento del RUNT reducida a un sistema de implosión de radiación a 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 entregable mucho más versátil . [7] : 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 tenía nominalmente un 40% de litio-6 (el resto era litio-7, mucho más común, que se suponía incorrectamente que era inerte). Las pastillas de combustible variaron en enriquecimiento del 37 al 40% en 6 Li, y las pastillas con menor enriquecimiento se colocaron al final de la cámara de combustible de fusión, lejos de la primaria. Los niveles más bajos de enriquecimiento de litio en las balas de combustible, en comparación con el RELOJ DE ALARMA 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 a producir en el otoño de 1953. [11] : 208 El volumen de combustible LiD utilizado fue aproximadamente el 60% del volumen del combustible de fusión utilizado en los dispositivos SAUSAGE húmedos y RUNT I y II secos , o alrededor de 500 litros (110 imp gal; 130 gal EE.UU.) , [Nota 3] correspondiente a unos 400 kg de deuteruro de litio (ya que LiD tiene una densidad de 0,78201 g/cm 3 ). [12] : 281 La mezcla costó alrededor de 4,54 USD./g en ese momento. La eficiencia de combustión por fusión se acercó al 25,1%, la eficiencia más alta alcanzada por la primera generación de armas termonucleares. Esta eficiencia está 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 oscilaban entre el 15% y aproximadamente el 40%. [7] : 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 lo largo del ciclo de Jetter.
El ciclo Jetter es una combinación de reacciones que involucran 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 . [13]
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, es posible que su combustible de fusión haya sido enriquecido con tritio adicional, en forma de 6 LiT. [11] : 236 Todos los neutrones de alta energía de 14 MeV causarían fisión en el dispositivo de fusión de uranio envuelto alrededor del secundario y la varilla de plutonio de la bujía. Se esperaba que la proporción 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 , [11] mientras que para estas estimaciones, la proporción 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.
A la caja balística cilíndrica se adjuntó un revestimiento de uranio natural, la caja de radiación, de unos 2,5 cm de espesor. Su superficie interna estaba revestida con un revestimiento de cobre de aproximadamente 240 μm de espesor y hecho de una lámina de cobre de 0,08 μm de espesor, para aumentar el albedo general del hohlraum . [14] [15] [ 0,08 µm?? - se necesita verificación ] El cobre posee excelentes propiedades reflectantes y su bajo costo, en comparación con otros materiales reflectantes como el oro, lo hizo útil para armas de hidrógeno producidas en masa. El albedo de 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 acimutales y latitudinales más favorables de la radiación reflejada. El valor límite del albedo para materiales con alto Z se alcanza cuando el espesor es de 5 a 10 g/cm 2 , o de 0,5 a 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 dispersor. Por lo tanto, los revestimientos de 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 primaria, 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 destello , y el secundario necesita T r constante para implosionar adecuadamente. [16] Esta temperatura constante de la pared está dictada por los requisitos de presión de ablación para impulsar la compresión, que se encuentran en promedio en aproximadamente 0,4 keV (fuera de un rango de 0,2 a 2 keV) [Nota 4] , correspondiente a varios millones de kelvin . La temperatura de la pared dependía de la temperatura del núcleo primario , que alcanzó un máximo de aproximadamente 5,4 keV durante la fisión impulsada. [19] : 1–11 [17] : 9 La temperatura final de la pared, que corresponde a la energía de los rayos X irradiados por la pared al empujador secundario, también cae debido a las pérdidas del propio material de hohlraum. [14] [Nota 5] Uranio naturalclavos, forrados hasta la parte superior de su cabeza con cobre, sujetaban la caja de radiación a la caja balística. Los clavos se atornillaron en series verticales en una configuración de doble corte para distribuir mejor las cargas de corte. Este método de unir la carcasa de radiación a la carcasa balística se utilizó por primera vez con éxito en el dispositivo Ivy Mike . La caja de radiación tenía un extremo parabólico, que albergaba el primario COBRA 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 interetapa. Es uno de los secretos mejor guardados de un arma termonuclear de múltiples etapas. La implosión del conjunto secundario es provocada indirectamente, y las técnicas utilizadas en la interetapa 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, [20] : 279 que también se encuentra como placa de fase aleatoria en los conjuntos de 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 baja Z a partir de los rayos X y, junto con la canalización de la radiación, modulaba el frente de ablación. en las superficies de alta Z; "aplastó" [Nota 7] el efecto de chisporroteo que de otro modo "impediría" que la radiación comprima el secundario. [Nota 8] Los rayos X reemitidos desde la caja de radiación deben depositarse uniformemente en las paredes exteriores del pisón secundario y extirparlo externamente, impulsando la cápsula de combustible termonuclear (aumentando la densidad y temperatura del combustible de fusión) hasta el punto necesario. para sostener una reacción termonuclear. [22] : 438–454 (ver Diseño de armas nucleares ). Este punto está por encima del umbral donde el combustible de fusión se volvería opaco a la radiación que emite, según lo determinado 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 funcione cualquier sistema de arma de hidrógeno, este equilibrio energético debe mantenerse a través del equilibrio de compresión entre el pisón de fusión y la bujía (ver más abajo), de ahí su nombre de equilibrio super . [23] : 185
Dado que el proceso ablativo tiene lugar en ambas paredes del canal de radiación, una estimación numérica realizada con ISRINEX (un programa de simulación de explosión termonuclear) sugirió que el tampón 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 pisón creado por la ablación de sus diversas capas superficiales obligaría a una masa igual de uranio que descansaba en el resto del pisón 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 acelerarse hacia afuera. El caso balístico limitaría el caso de la radiación explosiva durante el tiempo que fuera necesario. El hecho de que el material de manipulación fuera uranio enriquecido en 235 U se basa principalmente en los fragmentos finales de la reacción de fisión detectados en el análisis radioquímico, que mostró de manera concluyente la presencia de 237 U, encontrado por los japoneses en los restos del disparo. [24] : 282 Todas las armas termonucleares de primera generación (MK-14, 16, 17, 21, 22 y 24) utilizaban manipuladores de uranio enriquecido al 37,5% 235 U. [24] : 16 La excepción a esto fue el MK- 15 ZOMBIE que utilizó una chaqueta 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 de la época, llevaba el mismo nombre en clave que el componente secundario. El secundario estaba situado en el extremo cilíndrico del dispositivo, donde su extremo estaba bloqueado a la caja de radiación mediante una especie de unión de mortaja y espiga . El hohlraum en su extremo cilíndrico tenía una proyección interna, que anidaba el secundario y tenía 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 articulación se parecía mucho a una tapa (la secundaria) encajada en un cono (la proyección de la caja de radiación). Cualquier otra estructura de soporte importante interferiría con la transferencia de radiación del comportamiento vibratorio primario al secundario y complejo. Con esta forma de unión que soporta la mayoría de las cargas estructurales del secundario, este último y el conjunto de casos balísticos de Hohlraum se comportaron como una sola masa que comparte modos propios comunes. Para reducir la carga excesiva de la articulación, especialmente durante el despliegue del arma, la sección delantera del secundario (es decir, el escudo térmico/contra calor) fue anclada a la caja de radiación mediante un conjunto de alambres delgados, que también alinearon la línea central de la secundaria con la primaria, ya que disminuyeron las cargas de flexión y torsión en la secundaria, otra técnica adoptada de la SALCHICHA . [22] : 438–454 El conjunto secundario era un cono truncado alargado. Desde su parte delantera (excluyendo el escudo térmico) hasta su sección de popa era muy ahusada. La reducción gradual se utilizó por dos razones. En primer lugar, la radiación cae en una proporción equivalente al cuadrado de la distancia, por lo que el acoplamiento de la radiación es relativamente pobre en las secciones posteriores de la secundaria. Esto hizo que el uso de una mayor masa del entonces escaso combustible de fusión en la parte trasera del conjunto secundario fuera ineficaz y que el diseño general fuera un desperdicio. Esta fue también la razón por la cual las pastillas de combustible de fusión menos enriquecidas se colocaron muy detrás de la cápsula de combustible. En segundo lugar, como el primario no podría iluminar toda la superficie del hohlraum, en parte debido a la gran longitud axial del secundario, ángulos sólidos relativamente pequeños serían efectivos para comprimir el secundario, lo que conduciría a un enfoque deficiente de la radiación. Al ahusar el secundario, el hohlraum podría tener la forma de un cilindro en su sección trasera, obviando la necesidad de mecanizar la caja de radiación hasta formar una parábola en ambos extremos. Este enfoque de radiación optimizó y permitió una línea de producción optimizada, ya que era más barato, más rápido y más fácil fabricar una caja de radiación con un solo extremo parabólico. La reducción en este diseño era mucho más pronunciada que la de sus primos, el RUNT y los dispositivos ALARM CLOCK . CAMARONESEl estrechamiento y su montaje en el hohlraum aparentemente hacían 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 puntos calientes de diagnóstico de color oscuro conectados a la sección media e izquierda del dispositivo. [Nota 9] Estas secciones de tubería eran 8+5 ⁄ 8 pulgadas (220 mm) de diámetro y 40 pies (12 m) de largo 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 en la isla artificial de 1 acre (0,40 ha) creada para el evento. Desde esas tuberías, los espejos reflejarían la luz temprana de la bomba desde la carcasa de la bomba a 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 del primario y el encendido del secundario) como la tasa de combustión termonuclear en estas dos áreas cruciales del dispositivo secundario. [7] : 63 : 229
Este dispositivo de ensamblaje secundario contenía el combustible de fusión de deuteruro de litio en un recipiente de acero inoxidable. Corriendo hacia el centro de la secundaria había una varilla cilíndrica hueca de plutonio de 1,3 cm de espesor , anidada en el recipiente de acero. Se trataba de la bujía , un dispositivo de fisión potenciado con tritio. Estaba formado por anillos de plutonio y tenía en su interior un volumen hueco que medía unos 0,5 cm de diámetro. Este volumen central estaba revestido de cobre, que, al igual que el revestimiento del núcleo fisionable del primario, impedía la difusión del gas DT en plutonio. La carga impulsora de la bujía contenía alrededor de 4 gramos de tritio y, implosionando junto con la compresión del secundario, estaba programada para detonar por las primeras generaciones de neutrones que llegaron del primario. El tiempo 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 igualmente con el pisón. . El factor de compresión del combustible de fusión y su energía de compresión adiabática determinaron la energía mínima requerida por la bujía para contrarrestar la compresión del combustible de fusión y el impulso del pisón. La bujía pesaba alrededor de 18 kg y su encendido inicial produjo 0,6 kilotones de TNT (2,5 TJ). Luego sería completamente fisionado por los neutrones de fusión, aportando 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 va acompañado de pérdidas debido a la diferencia entre la bola de fuego de rayos X y las temperaturas del hohlraum. [17] Los neutrones entraron en el conjunto a través de un pequeño orificio [Nota 10] a través del escudo térmico de explosión de 238 U de ≈28 cm de espesor. Estaba colocado frente al conjunto secundario frente al primario. De manera similar al conjunto de cápsula de fusión por manipulación, el escudo tenía la forma de un tronco circular, con su diámetro pequeño mirando hacia el lado del primario y con su diámetro grande bloqueado por un tipo de unión de mortaja y espiga al resto del conjunto secundario. El conjunto escudo-sabotaje se puede visualizar como un bifrutum circular . Todas las partes del pisón se bloquearon de manera similar para proporcionar soporte estructural y rigidez al conjunto secundario. Rodeando el conjunto de combustible de fusión y bujía estaba el pisón de uranio con un espacio de aire separador de aproximadamente 0,9 cm de ancho que debía aumentar el impulso del pisón, una técnica de levitación utilizada ya en la Operación Sandstone. y descrito por el físico Ted Taylor como impacto de martillo en el clavo . Dado que también existían preocupaciones técnicas de que el material de manipulación con alto Z se mezclaría rápidamente con el combustible de fusión de densidad relativamente baja, lo que provocaría pérdidas de radiación inaceptablemente grandes, la brecha de separación también actuó como un amortiguador para mitigar la inevitable e indeseable mezcla de Taylor .
Se utilizó boro 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, 10 B se depositó en el La superficie de la etapa secundaria evitaría la detonación previa de la bujía por neutrones perdidos de la etapa primaria sin interferir con la fisión posterior de las 238 U del manipulador de fusión que envuelve la etapa secundaria. El boro también desempeñó un papel en el aumento de la presión del plasma de compresión alrededor del secundario al bloquear el efecto de pulverización, lo que condujo a una mayor eficiencia termonuclear. Debido a que la espuma estructural que mantenía el secundario en su lugar dentro de la carcasa estaba dopada con 10 B, [7] : 179 el secundario se comprimió más, a costa de algunos neutrones radiados. (El dispositivo Castle Koon MORGENSTERN no usó 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 un pobre funcionamiento general. compresión [7] : 317 ) El bajo peso molecular del plástico es incapaz de implosionar la masa del secundario. Su presión de plasma se limita a las secciones hervidas del támper y de la caja de radiación, de modo que material de ninguna de estas dos paredes pueda entrar en el canal de radiación que debe estar abierto para el paso de la radiación. [11]
El dispositivo fue montado en una "cabina de tiro" en una isla artificial construida en un arrecife frente a la isla Namu, en el atolón Bikini . Se apuntó a él una gran variedad de instrumentos de diagnóstico, incluidas cámaras de alta velocidad enfocadas a través de un arco de torres de espejos alrededor de la cabina de disparo.
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 Bravo fue detonado, en un segundo formó una bola de fuego de casi 4,5 millas (7,2 km) de ancho. Esta bola de fuego fue visible en el atolón Kwajalein a más de 400 kilómetros (250 millas) de distancia. La explosión dejó un cráter de 2.000 m (6.500 pies) de diámetro y 76 m (250 pies) 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 mi (100 km) de diámetro en menos de 10 minutos y se expandía a más de 100 metros por segundo (360 km/h; 220 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 . [30]
En términos de energía liberada (normalmente medida en equivalente de TNT ), Castle Bravo era aproximadamente 1.000 veces más potente que la bomba atómica que se lanzó 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, la Prueba 219 con 24,2 Mt y otras tres ( Prueba 147 , Prueba 173 y Prueba 174 ) de ≈20 Mt Pruebas soviéticas en 1962. en Nueva Zembla .
El rendimiento de 15 megatones triplicó el de los 5 Mt previstos por sus diseñadores. [3] [22] : 541 La causa del mayor rendimiento fue un error cometido por los diseñadores del dispositivo en el Laboratorio Nacional de Los Álamos . Consideraron que sólo el isótopo litio-6 en el secundario de deuteruro de litio era reactivo; Se supuso que el isótopo litio-7, que representa el 60% del contenido de litio, era inerte. [22] : 541 Se esperaba que el isótopo de litio-6 absorbiera un neutrón del plutonio en fisión y emitiera una partícula alfa y tritio en el proceso, de los cuales este último se fusionaría con el deuterio y aumentaría el rendimiento en una proporción prevista. manera. De hecho, el litio-6 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 energía nuclear. detonación. [31] Sin embargo, cuando el litio-7 es bombardeado con neutrones energéticos con una energía superior 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. [31] Como resultado, se produjo mucho más tritio de lo esperado; el tritio adicional se fusionó con el deuterio y produjo un neutrón adicional. El neutrón extra producido por la fusión y el neutrón extra liberado directamente por la desintegración del litio-7 produjeron un flujo de neutrones mucho mayor . El resultado fue un gran aumento de la fisión del uranio y un mayor rendimiento. [31]
En resumen, las reacciones que involucran litio-6 dan como resultado alguna combinación de las dos reacciones netas siguientes:
Pero cuando está presente 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 la producción de neutrones y de esta manera aumentó considerablemente la potencia explosiva del dispositivo. En la prueba se utilizó litio con un alto porcentaje de litio-7 sólo porque el litio-6 era entonces escaso y caro; la prueba posterior de Castle Union utilizó litio-6 casi puro. Si hubiera habido suficiente litio-6 disponible, es posible que no se hubiera descubierto la utilidad del litio-7 común. [ cita necesaria ]
El rendimiento inesperadamente alto del dispositivo dañó gravemente muchos de los edificios permanentes en la isla del sitio de control en el otro lado del atolón. Se recogieron pocos de los datos de diagnóstico deseados sobre la inyección; Muchos instrumentos diseñados para transmitir sus datos antes de ser destruidos por la explosión fueron vaporizados instantáneamente, mientras que la mayoría de los instrumentos que se esperaba que fueran recuperados para la recuperación de datos fueron destruidos por la explosión.
En un evento adicional inesperado, aunque de muchas menos consecuencias, los rayos X que viajaban a través de tuberías con línea de visión (LOS) causaron una pequeña segunda bola de fuego en la Estación 1200 con un rendimiento de 1 kilotón de TNT (4,2 TJ).
Las reacciones de fisión del uranio natural fueron bastante sucias y produjeron una gran cantidad de lluvia radiactiva . Eso, combinado con un rendimiento mayor de lo esperado y un importante cambio de viento, produjo algunas consecuencias muy graves para quienes se encontraban en el rango de precipitación. En la película desclasificada Operación Castle , el comandante del grupo de trabajo, el general de división Percy Clarkson, señaló un diagrama que indicaba que el cambio de viento todavía estaba en el rango de "lluvia radiactiva aceptable", aunque apenas.
La decisión de realizar la prueba Bravo con los vientos dominantes la tomó el Dr. Alvin C. Graves , director científico de la Operación Castle. Graves tenía total autoridad para detonar el 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 última hora. En esa película, el narrador, el actor occidental Reed Hadley , es filmado a bordo de la nave de control, mostrando la conferencia final. Hadley señala que 20.000 personas viven en la zona potencial de la lluvia radiactiva. Le pregunta al científico del panel de control si se puede abortar la prueba y le responde que "sí", pero arruinaría todos sus preparativos para instalar instrumentos de medición cronometrados. En Mike, la lluvia cayó correctamente al norte de la zona 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 radioactiva se extendió hacia el este hasta los atolones habitados de Rongelap y Rongerik , que fueron evacuados [35] 48 horas después de la detonación. [36] En 1957, la Comisión de Energía Atómica consideró que era seguro regresar a Rongelap y permitió que 82 habitantes regresaran a la isla. A su regreso, descubrieron que sus alimentos básicos anteriores , incluidos el arrurruz , el makmok y el pescado, habían desaparecido o causaban diversas enfermedades a los residentes, [37] y fueron retirados nuevamente. [38] Al final, 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 la época de Bravo, y se informaron muchos defectos de nacimiento . [ cita médica necesaria ] 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. [36] Un estudio médico, denominado Proyecto 4.1 , estudió los efectos de la lluvia radiactiva en los isleños. [36]
Aunque la columna de lluvia atmosférica se desplazó hacia el este, una vez que cayó en el agua, fue transportada en varias direcciones por las corrientes oceánicas, incluidos el noroeste y el suroeste. [39]
Un barco pesquero japonés, Daigo Fukuryū Maru (Lucky Dragon No. 5), entró en contacto directo con la lluvia radiactiva, lo que provocó que muchos miembros de la tripulación enfermaran debido a la radiación. Un miembro murió de una infección secundaria seis meses después de una exposición aguda a la radiación, y otro tuvo un hijo que nació muerto y deforme. [40] Esto resultó en 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. [22] : 542 La posición oficial de Estados Unidos había sido que el aumento de la potencia de las bombas atómicas no iba acompañado de un crecimiento equivalente en la radiactividad liberada, y negaban que la tripulación se viera afectada por la lluvia radiactiva. [40] Los científicos japoneses que habían recopilado datos del barco pesquero no estuvieron de acuerdo con esto.
Sir Joseph Rotblat , que trabaja en el Hospital St Bartholomew de Londres, demostró que la contaminación causada por las consecuencias de la prueba era 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 aumentaba mil veces la cantidad de radiactividad. El artículo de Rotblat fue difundido por los medios de comunicación y la protesta en Japón alcanzó tal nivel que las relaciones diplomáticas se tensaron y algunos incluso calificaron el incidente como un "segundo Hiroshima". [41] Sin embargo, los gobiernos japonés y estadounidense llegaron rápidamente a un acuerdo político, con la transferencia a Japón de 15,3 millones de dólares como compensación, [42] y las víctimas supervivientes recibieron alrededor de 2 millones de yenes cada una (5.550 dólares en 1954, o alrededor de 60.500 dólares en 2024). ). [43] También se acordó que a las víctimas no se les daría el estatus de Hibakusha .
En 2016, 45 pescadores japoneses de otros barcos demandaron a su gobierno por no revelar registros sobre su exposición a las consecuencias de la Operación Castillo. Los registros publicados en 2014 reconocen que las tripulaciones de 10 barcos estuvieron expuestas, pero a niveles perjudiciales para la salud. [44]
Las lluvias radiactivas imprevistas y la radiación emitida por ellas también afectaron a muchos de los buques y al personal involucrados en la prueba, obligándolos en algunos casos a permanecer en búnkeres durante varias horas. [45] 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 radiactivo, [46] la tripulación que disparó que desencadenó la explosión, resguardados de forma segura en su estación de bomberos, cuando notaron que el viento llevaba la lluvia radiactiva en una dirección inesperada hacia la isla de Enyu en el atolón Bikini donde se encontraban, con el equipo de bomberos refugiado en el lugar ("abotonándose") durante varias horas hasta que la radiación exterior descendió a niveles más seguros. Sobre el búnker se registraron "25 roentgens por hora". [45] [47]
El petrolero USS Patapsco de la Armada de los EE. UU. estaba en el atolón de Enewetak a finales de febrero de 1954. Patapsco carecía de un sistema de lavado y descontaminación y, por lo tanto, el 27 de febrero se le ordenó regresar a Pearl Harbor a la mayor velocidad posible. [48] Una avería en los sistemas de su motor, concretamente una camisa de cilindro rota, ralentizó al Patapsco a un tercio de su velocidad máxima, y cuando tuvo lugar la detonación del Castle Bravo, todavía se encontraba entre 180 y 195 millas náuticas al este de Bikini. [48] Patapsco estaba en el rango de lluvia nuclear, que comenzó a aterrizar en el barco a media tarde del 2 de marzo. En ese momento, Patapsco estaba entre 565 y 586 millas náuticas de la zona cero. Al principio se pensó que las consecuencias eran inofensivas 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 . [48] Las estimaciones de exposición total oscilan entre 3,3 R y 18 R de radiación para todo el cuerpo, teniendo en cuenta los efectos del lavado natural de la lluvia y las variaciones entre la exposición sobre y bajo cubierta. [48]
La lluvia radiactiva extendió 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 llamados a prohibir las pruebas atmosféricas de dispositivos termonucleares. [49]
Se estableció una red mundial de estaciones de películas engomadas para monitorear la lluvia radiactiva después de la Operación Castillo. Aunque los datos meteorológicos eran deficientes, era evidente una conexión general entre los patrones de flujo troposférico y la lluvia radiactiva observada. Hubo una tendencia a que la lluvia radiactiva y los escombros permanecieran en latitudes tropicales , con incursiones en las regiones templadas asociadas con perturbaciones meteorológicas del flujo predominantemente zonal. Fuera de los trópicos , el suroeste de Estados Unidos recibió la mayor precipitación total, aproximadamente cinco veces la que recibió Japón. [50]
Las partículas estratosféricas de estroncio-90 de la prueba fueron capturadas posteriormente con filtros de aire colocados en globos utilizados para tomar muestras del aire en altitudes estratosféricas; La investigación (Proyecto Ashcan) se llevó a cabo para comprender mejor la estratosfera y los tiempos de precipitación, y llegar a modelos meteorológicos más precisos después de la predicción retrospectiva . [51]
Las consecuencias del Castillo Bravo y otras pruebas en el atolón también afectaron a los isleños que habían habitado anteriormente el atolón 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 absorberán fácilmente cesio si está presente, ya que pertenecen al mismo grupo en la tabla periódica y, por lo tanto, son muy similares químicamente. [52] Se descubrió que los isleños que consumían leche de coco contaminada tenían concentraciones anormalmente altas de cesio en sus cuerpos y, por lo tanto, tuvieron que ser evacuados del atolón por segunda vez.
La revista estadounidense Consumer Reports advirtió sobre la contaminación de la leche con estroncio-90. [53]
La Unión Soviética había utilizado previamente deuteruro de litio en su diseño Sloika (conocido como " Joe-4 " en EE.UU.), en 1953. No era una verdadera bomba de hidrógeno; la fusión proporcionó sólo entre el 15 y el 20% de su rendimiento, y la mayor parte provino de reacciones de fisión potenciadas . Su rendimiento era de 400 kilotones y no podía ampliarse infinitamente, como ocurre con un verdadero dispositivo termonuclear.
El dispositivo "Ivy Mike", con sede en Teller-Ulam, tuvo un rendimiento mucho mayor de 10,4 Mt , pero la mayor parte también provino de la fisión: el 77% del total provino de la fisión rápida de su manipulador de uranio natural.
Castle Bravo tuvo el mayor rendimiento de cualquier prueba nuclear estadounidense, 15 Mt, aunque una vez más, una fracción sustancial provino de 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 fisión primaria explosiva llevó el combustible de la fusión secundaria a una densidad y presión críticas, lo que desencadenó reacciones en cadena termonucleares (fusión), que a su vez desencadenaron una fisión terciaria del manipulador y la carcasa de fusión de 238 U de la bomba. En consecuencia, este tipo de bomba también se conoce como 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 de Bravo fue un tema militarmente delicado, y Joseph Rotblat posiblemente dedujo la naturaleza provisional del dispositivo Castle Bravo mediante el estudio de la proporción y la presencia de isótopos reveladores, a saber, uranio-237 , presentes en la lluvia radiactiva. [54] Esta información podría potencialmente revelar los medios por los cuales los dispositivos nucleares de potencia de megatones alcanzan su rendimiento. [55] El científico soviético Andrei Sajarov dio con lo que la Unión Soviética consideraba como " la tercera idea de Sajarov " durante el mes posterior a la prueba del Castillo Bravo, siendo la última pieza del rompecabezas la idea de que la compresión de la secundaria puede lograrse mediante la compresión de la primaria. Radiografías antes de que comenzara la fusión.
El diseño del dispositivo Shrimp evolucionó más tarde hasta convertirse en la bomba nuclear Mark 21 , de la cual se produjeron 275 unidades, que pesaban 17.600 libras (8.000 kg) y medían 12,5 pies (3,8 m) de largo y 58 pulgadas (1,5 m) de diámetro. Esta bomba de 18 megatones se produjo hasta julio de 1956. [56] En 1957, se convirtió en la bomba nuclear Mark 36 y entró en producción nuevamente.
Tras la prueba, el Departamento de Energía de Estados Unidos estimó que 253 habitantes de las Islas Marshall se vieron afectados por la lluvia radioactiva. [57] 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. [58] [ verificación fallida ] Las poblaciones vecinas al sitio de prueba estuvieron expuestas a altos niveles de radiación, lo que provocó en muchos enfermedades leves por radiación (náuseas, vómitos, diarrea). Varias semanas después, muchas personas empezaron a sufrir alopecia (pérdida de cabello) y también lesiones cutáneas. [59]
La exposición a la lluvia radiactiva se ha relacionado con un aumento de la probabilidad de varios tipos de cáncer, como la leucemia y el cáncer de tiroides . [60] [61] 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 lluvia radiactiva y enfermedades como la tiroides y el hipotiroidismo . Las poblaciones de las Islas Marshall que estuvieron expuestas significativamente a radionucleidos tienen un riesgo mucho mayor de desarrollar cáncer. [61]
La población femenina de las Islas Marshall tiene una tasa de mortalidad por cáncer de cuello uterino sesenta veces mayor que la población comparable de los Estados Unidos continentales. [62] [ se necesita mejor fuente ] Las poblaciones de las islas también tienen una probabilidad cinco veces mayor de mortalidad mamaria o gastrointestinal, y la mortalidad por cáncer de pulmón es tres veces mayor que la de la población continental. [62] [ se necesita mejor fuente ] La tasa de mortalidad de la población masculina en las Islas Marshall por cáncer de pulmón es cuatro veces mayor que las tasas generales de los Estados Unidos, y las tasas de cáncer oral son diez veces mayores. [62] [ se necesita una mejor fuente ]
Se presume una asociación entre los niveles de radiación y el funcionamiento del sistema reproductivo femenino. [63]
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 Castillo Bravo formó parte frecuentemente de las tramas de numerosos medios japoneses, especialmente en relación con el icono mediático más reconocido de Japón, Godzilla . [64] En la película de 2019 Godzilla: Rey de los monstruos , Castle Bravo se convierte en el distintivo de llamada de Monarch Outpost 54 ubicado en el Océano Atlántico, cerca de las Bermudas . [ cita necesaria ]
La canción de Donald Fagen "Memorabilia" de su álbum de 2012 Sunken Condos menciona las pruebas nucleares de Castle Bravo e Ivy King . [sesenta y cinco]
En 2013, la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa publicó Castle Bravo: Cincuenta años de leyenda y tradición . [34] El informe es una guía sobre exposiciones a la radiación fuera del sitio, una historia narrativa y una guía de referencias históricas primarias relacionadas con la prueba de Castle Bravo. [34] El informe se centra en las circunstancias que dieron lugar a la exposición radiactiva de los atolones deshabitados y no intenta abordar en detalle los efectos en el atolón Bikini o sus alrededores. [34]
El gobierno y el pueblo japoneses lo llamaron "un segundo Hiroshima" y estuvo a punto de romper relaciones diplomáticas.
11°41′50″N 165°16′19″E / 11.69722°N 165.27194°E / 11.69722; 165.27194
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